Com o auxílio do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), uma equipe de astrônomos conseguiu detectar oxigênio brilhante numa galáxia distante observada apenas 700 milhões de anos depois do Big Bang.
Trata-se da galáxia mais longínqua na qual foi detectado oxigênio de forma inequívoca, que está certamente sendo ionizado pela forte radiação emitida por estrelas gigantes jovens. Esta galáxia pode bem ser um exemplo de um dos tipos de fontes responsáveis pela reionização cósmica na história primordial do Universo.
Astrônomos do Japão, Suécia, Reino Unido e ESO utilizaram o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para observar uma das mais distantes galáxias conhecidas. A galáxia SXDF-NB1006-2 tem um desvio para o vermelho de 7,2, o que significa que a observamos apenas 700 milhões de anos após o Big Bang.
A equipe esperava investigar os elementos químicos pesados presentes na galáxia, uma vez que estes elementos nos informam sobre o nível de formação estelar existente, fornecendo assim pistas sobre o período da história do Universo conhecido por reionização cósmica.
“Procurar elementos pesados no Universo primordial é um passo essencial para explorar a formação estelar neste período,” disse Akio Inoue da Universidade de Osaka Sangyo, Japão, o autor principal do artigo científico que descreve estes resultados e que foi publicado na revista Science. “Estudar elementos pesados também fornece pistas para compreender como é que as galáxias se formaram e o que é que causou a reionização cósmica,” acrescentou.
Na época anterior à formação dos objetos, o Universo encontrava-se cheio de gás eletricamente neutro. No entanto, quando os primeiros objetos começaram a brilhar, algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang, emitiram forte radiação que começou a quebrar os átomos neutros — ionizando o gás. Durante esta fase — conhecida por reionização cósmica — todo o Universo se modificou de forma drástica. No entanto, não há consenso sobre quais os tipos de objetos que causaram a reionização. Estudar as condições existentes em galáxias muito distantes pode ajudar a responder a esta questão.
Antes de observarem esta galáxia distante, os astrônomos fizeram simulações de computador para prever quão facilmente se poderia observar evidências de oxigênio ionizado com o ALMA. Levaram também em conta observações de galáxias semelhantes mas que se encontram muito mais próximas da Terra e concluíram que a emissão do oxigênio poderia ser detectada, mesmo a grandes distâncias [.
Em seguida a equipe realizou observações de elevada sensibilidade com o ALMA e descobriu radiação emitida por oxigênio ionizado na galáxia SXDF-NB1006-2, sendo esta a detecção inequívoca de oxigênio mais distante obtida até hoje. Trata-se assim de evidência sólida da presença de oxigênio no Universo primordial, apenas 700 milhões de anos após o Big Bang.
Descobriu-se que o oxigênio em SXDF-NB1006-2 é dez vezes menos abundante do que no Sol. “A baixa abundância encontrada é esperada, uma vez que o Universo era ainda jovem, apresentando uma curta história de formação estelar nessa altura,” comentou Naoki Yoshida da Universidade de Tóquio. “As nossas simulações previram efetivamente uma abundância dez vezes menor que a do Sol. No entanto, temos outro resultado que é inesperado: uma pequena quantidade de poeira.”
A equipe não conseguiu detectar nenhuma emissão de carbono vinda da galáxia, sugerindo que esta jovem galáxia contém muito pouco hidrogênio gasoso não ionizado. Os astrônomos descobriram ainda que a galáxia contém apenas uma pequena quantidade de poeira, constituída por elementos pesados. “Algo estranho se passa nesta galáxia,” disse Inoue. “Penso que quase todo o gás se encontra altamente ionizado.”
A detecção de oxigênio ionizado indica que muitas estrelas muito brilhantes, dezenas de vezes mais massivas que o Sol, se formaram na galáxia e se encontram a emitir radiação ultravioleta intensa, necessária à ionização dos átomos de oxigênio.
A falta de poeira na galáxia permite que a radiação ultravioleta escape e ionize enormes quantidades de gás fora da galáxia. "SXDF-NB1006-2 poderá ser um protótipo das fontes de radiação responsáveis pela reionização cósmica,” disse Inoue.
“Este é um passo importante no sentido de compreendermos que tipo de objetos causaram a reionização cósmica,” explicou Yoichi Tamura da Universidade de Tóquio. “As nossas próximas observações com o ALMA já começaram. Observações de mais alta resolução permitirão ver a distribuição e os movimentos do oxigênio ionizado na galáxia, fornecendo-nos assim informações vitais que nos ajudarão a compreender as propriedades desta galáxia.”
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