Com o auxílio do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) e do Very Large Telescope do ESO (VLT), astrônomos determinaram que a formação estelar na galáxia muito distante MACS1149-JD1 começou numa época surpreendentemente precoce, apenas 250 milhões de anos após o Big Bang.
Esta descoberta também revelou o oxigênio mais distante já encontrado no Universo e a galáxia mais distante observada pelo ALMA ou pelo VLT até agora. Estes resultados serão publicados na revista Nature em 17 de Maio de 2018.
Uma equipe internacional de astrônomos utilizou o ALMA para observar uma galáxia distante chamada MACS1149-JD1. A equipe detectou nesta galáxia um brilho muito fraco emitido por oxigênio ionizado. Como esta luz infravermelha viajou através do espaço, a expansão do Universo “esticou-a” de tal modo que o seu comprimento de onda era, quando chegou à Terra e foi detectada pela ALMA, cerca de dez vezes maior do que quando foi emitida pela galáxia. A equipe inferiu que o sinal tinha sido emitido há 13,3 bilhões de anos atrás (ou 500 milhões de anos após o Big Bang), o que faz deste oxigênio o mais distante já detectado por um telescópio. A presença de oxigênio é um sinal claro de que devem ter havido gerações anteriores de estrelas nesta galáxia.
“Fiquei muito entusiasmado ao ver sinais de oxigênio distante nos dados ALMA,” diz Takuya Hashimoto, autor principal do novo artigo científico que descreve estes resultados e pesquisador na Universidade Sangyo em Osaka e no Observatório Astronômico Nacional do Japão. “Esta detecção faz avançar ainda mais as fronteiras do Universo observável.”
Além do brilho do oxigênio capturado pelo ALMA, um sinal ainda mais fraco de emissão de hidrogênio também foi detectado pelo Very Large Telescope do ESO (VLT). A distância à galáxia determinada a partir desta observação é consistente com a distância determinada a partir da observação de oxigênio, o que faz com que MACS1149-JD1 seja a galáxia mais distante já observada com uma medição de distância precisa, e a galáxia mais distante já observada pelo ALMA ou pelo VLT.
“Estamos vendo esta galáxia quando o Universo tinha apenas 500 milhões de anos de idade e, no entanto, este objeto apresenta já uma população de estrelas bastante madura,” explica Nicolas Laporte, pesquisador na University College London (UCL) no Reino Unido e segundo autor do novo artigo. “Podemos portanto usar esta galáxia para investigar um período ainda mais precoce, e completamente desconhecido, da história cósmica.”
Durante um período após o Big Bang não havia oxigênio no Universo, já que este elemento foi criado através de processos de fusão nas primeiras estrelas e liberado para o espaço quando estas estrelas morreram. A deteção de oxigênio em MACS1149-JD1 indica que gerações anteriores de estrelas já se tinham formado e expelido oxigênio apenas 500 milhões de anos após o início do Universo.
Mas quando é que esta formação estelar anterior teria ocorrido? Para o descobrir, a equipe reconstruiu a história precoce de MACS1149-JD1 usando dados infravermelhos obtidos pelos Telescópios Espaciais Hubble da NASA/ESA e Spitzer da NASA. Os pesquisadores descobriram que o brilho observado da galáxia pode ser explicado por um modelo onde o início da formação estelar ocorreu apenas 250 milhões de anos após o início do Universo .
A maturidade das estrelas observadas em MACS1149-JD1 levanta a questão de quando é que as primeiras galáxias emergiram da escuridão total, uma época à qual os astrônomos chamam “madrugada cósmica”. Ao estabelecer a idade de MACS1149-JD1, a equipe demonstrou realmente que as galáxias existiram mais cedo do que as que podemos detectar atualmente de forma direta.
Richard Ellis, astrônomo sênior da UCL e co-autor do artigo conclui: “Determinar quando é que a madrugada cósmica ocorreu é semelhante na cosmologia e formação de galáxias a descobrir o Santo Graal. Com estas novas observações de MACS1149-JD1, aproximamo-nos de poder testemunhar de forma direta o nascimento da luz das estrelas! Uma vez que todos nós somos feitos de material estelar processado, o que isto significa é que nos aproximamos efetivamente de descobrir as nossas próprias origens cósmicas.”
O ALMA bateu o recorde da deteção do oxigênio mais distante por diversas vezes. Em 2016, Akio Inoue da Universidade Sangyo em Osaka e colegas usaram o ALMA para descobrir um sinal de oxigênio emitido há 13,1 bilhões de anos atrás. Vários meses depois, Nicolas Laporte da University College London usou o ALMA para detectar oxigênio emitido há 13,2 bilhões de anos atrás. Agora, estas duas equipes combinaram esforços e atingiram um novo recorde, o qual corresponde a um desvio para o vermelho de 9,1.
Isto corresponde a um desvio para o vermelho de cerca de 15.
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