Os astrônomos usando o Telescópio Espacial Hubble da NASA descobriram inesperadamente a lupa cósmica mais distante, produzido por uma galáxia elíptica monstro. Visto aqui como parecia 9,6 bilhões de anos atrás, esta monstruosa galáxia elíptica quebra o recorde anterior de 200 milhões de anos. Estas galáxias em "lente" são tão grande que sua gravidade que dobra e amplia, e distorce a luz de objetos por trás deles, um fenômeno chamado efeito de lente gravitacional.
O objeto atrás da lente cósmica é uma pequena galáxia espiral passando por uma rápida explosão de formação de estrelas. A sua luz levou 10,7 bilhões de anos para chegar até nós aqui. Vendo este alinhamento a uma distância tão grande da Terra assim é um achado raro.
Localizando mais dessas galáxias lensing distantes vai nos oferecer uma visão sobre como jovens galáxias no universo primordial construíram-se até as enormes galáxias de matéria escura dominadas de hoje. A matéria escura não pode ser vista, mas representa a maior parte da matéria do universo.
"Quando você olha mais de 9 bilhões de anos atrás no início do universo, você não espera encontrar este tipo de lente de galáxia a galáxia em todos", explicou o pesquisador Kim-Vy Tran da Universidade Texas A & M em College Station. "É muito difícil ver um alinhamento entre duas galáxias no início do universo. Imagine segurando uma lupa perto de você e, em seguida, movê-lo muito mais longe. Quando você olha através de uma lupa realizada no comprimento do braço, as chances de que você vai ver um objeto alargada são altos. Mas se você mover a lupa outro lado da sala, suas chances de ver a lupa quase perfeitamente alinhado com outro objeto além diminui ".
Os membros da equipe Kenneth Wong e Sherry Suyu da Academia Sinica Instituto de Astronomia e Astrofísica (Asiaâ) em Taipei, Taiwan, usou a lente gravitacional do alinhamento sendo a chance de medir a massa total da galáxia gigante, incluindo a quantidade de matéria escura, através da medição da intensidade de seus efeitos lensing na luz da galáxia de fundo. A galáxia em primeiro plano gigante pesa 180 bilhões de vezes mais do que o nosso Sol e é uma galáxia enorme para sua época. É também um dos mais brilhantes membros de um cluster de galáxias distante, chamada IRC 0218.
"Há centenas de galáxias lente que conhecemos, mas quase todos eles são relativamente próximo, em termos cósmicos", disse Wong, o primeiro autor no papel da ciência da equipe. "Para encontrar uma lente tão distantes como esta é uma descoberta muito especial porque podemos aprender sobre o conteúdo de matéria escura de galáxias no passado distante. Ao comparar a nossa análise desta galáxia lente para as lentes mais próximas, podemos começar para entender como que o conteúdo de matéria escura tem evoluído ao longo do tempo ".
Embora a galáxia elíptica é robusta, não é tão grande como muitas galáxias de hoje. Nossa galáxia Via Láctea, por exemplo, tem três a quatro vezes mais massa do que esta galáxia elíptica. A maior parte da massa da Via Láctea está trancado em matéria escura. A galáxia lente, no entanto, está abaixo do peso, em termos de seu conteúdo de matéria escura.
"A invulgarmente pequena quantidade de matéria escura neste maciço objeto elíptico, galáxia lente é muito surpreendente", disse Suyu. "Outras galáxias elípticas que estão mais perto de nós e têm muito mais matéria escura e tem estoques de estrelas que parecem ser diferente desta galáxia lente super-distante."
A equipe suspeita que a galáxia lente vai continuar a crescer ao longo dos próximos 9 bilhões de anos, ganhando estrelas e matéria escura por canibalização das galáxias vizinhas. "Estudos recentes sugerem que estas galáxias massivas ganham mais matéria escura do que estrelas como elas continuam a crescer", explicou Tran. "Os astrônomos tinham assumido que a matéria escura e a matéria normal construiu igualmente em uma galáxia ao longo do tempo. Mas agora sabemos que a proporção de matéria escura com às mudanças de matéria normal muda com o tempo. Nossa galáxia lente acabará por se tornar muito mais maciça do que a Via Láctea e vai definitivamente ter mais matéria escura, também. "
Tran e sua equipe estavam a estudar a formação de estrelas em dois aglomerados de galáxias distantes, incluindo IRC 0218, quando tropeçou em cima da lente gravitacional. Ao analisar os dados espectroscópicos do W.M. Keck Observatory, no Havaí, Tran avistou uma forte detecção de gás hidrogênio quente que pareceu surgir, uma galáxia elíptica brilhante maciça. A detecção foi surpreendente porque o gás hidrogênio quente é uma clara assinatura de nascimento de estrelas. Observações anteriores mostraram que a elíptica gigante era uma antiga galáxia, calma que tinha parado de fazer estrelas há muito tempo. Outra descoberta intrigante foi que as estrelas jovens estavam a uma distância muito mais longe do que a enorme elíptica. "Fiquei muito surpreso e preocupado", lembrou Tran. "Eu pensei que tinha feito um grande erro com as nossas observações."
O astrônomo logo percebeu que não tinha cometido um erro quando ela olhou para as imagens do Hubble tiradas em comprimentos de onda azul, que revelou o brilho das estrelas do principiante. As imagens, obtidas pela Advanced Camera for Surveys e a Wide Field Camera 3, revelou um objeto azul, em forma de sobrancelha ao lado de um ponto azul manchado em torno do grande elíptica. Tran reconheceram as características incomuns como as imagens distorcidas, ampliado de uma galáxia mais distante por trás da galáxia elíptica, a assinatura de uma lente gravitacional. Mas alguns membros da equipe não estavam convencidos. Eles especularam que os dois objetos pode ser um par de galáxias vizinhas sendo picado durante uma colisão galática. Tran, no entanto, disse ser apenas uma parcial da impressão digital; ela precisava de provas conclusivas.
Para confirmar a hipótese gravitacional-lens, colaborador Ivelina Momcheva da Universidade de Yale, New Haven, Connecticut, analisou os dados espectroscópicos Hubble da pesquisa 3D-HST, uma pesquisa do infravermelho próximo espectroscópicas feitas com o Wide Field Camera 3. Ela comparou esses dados com imagens do Inquérito Assembleia Cosmic Near-infrared profundo Extragalactic legacy (VELAS), um grande programa de céu profundo Hubble. Para pintar um quadro ainda mais detalhada do sistema, Momcheva também acrescentou observações do Hubble arquivaria de aglomerado de galáxias. Os dados transformou-se outra impressão digital de gás quente ligada à galáxia mais distante.
"Nós descobrimos que a luz da galáxia lente e a partir dali foram misturados dados baseados em terra, que foi de US confundindo a galáxia de fundo", disse Momcheva. "Os dados espectroscópicos Keck deu a entender que algo interessante estava acontecendo aqui, mas apenas com espectroscopia de alta resolução do Hubble fomos capazes de separar a galáxia lente do fundo mais distante galáxia e determinar que os dois estavam a distâncias diferentes. Os dados do Hubble também revelou o olhar revelador do sistema, com a lente de primeiro plano no meio, ladeado por um arco brilhante de um lado e uma mancha tênue, por outro -. ambas as imagens distorcidas da galáxia de fundo precisávamos da combinação de imagens e espectroscopia para resolver o quebra-cabeça."
A galáxia distante é muito pequena e distante para o Hubble para resolver a sua estrutura.
Os membros da equipe, por conseguinte, reconstruídos e analisou a distribuição da luz no objeto para inferir a sua forma de espiral. Além disso, galáxias espirais são mais abundantes durante os primeiros tempos.
As imagens do Hubble revelam também pelo menos uma região compacta brilhante perto do centro. A equipe suspeita que a região brilhante é devido a uma onda de formação de estrelas e é provavelmente composto de gás hidrogênio quente aquecida por jovens estrelas massivas.
Os membros da equipe calculou a massa da galáxia lente, incluindo o seu conteúdo de matéria escura, pela primeira medição da quantidade de luz emitida por suas estrelas. A partir dessa medida, os astronomos obtiveram a massa de todas as estrelas, o que equivale a quantidade de matéria normal. Em seguida, a equipe estimou a massa total medindo o quanto a gravidade da galáxia dobra e distorce a luz de fundo distante galáxia. Os astrônomos então subtraíram a massa estelar da massa total para determinar a quantidade de matéria escura na galáxia.
Como Tran continua seu estudo de formação estelar em aglomerados de galáxias, ela vai estar à procura de mais assinaturas de lente gravitacional. "Eu estou indo definitivamente para ficar de olho para mais galáxias lensing, mas eles são tão raros que você normalmente tem que examinar centenas de clusters para eles", disse Tran. "É por isso que encontrar um presente em uma área tão pequena do espaço foi um choque completo."
Os resultados da equipe foram publicados na edição The Astrophysical Journal Letters.
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