Este diagrama mostra os principais marcos da evolução do Universo desde o Big Bang, há cerca de 13,8 mil milhões de anos atrás. O esquema não se encontra à escala.
O Universo estava num estado neutro 400 milhares de anos após o Big Bang e assim se manteve até que a radiação emitida pela primeira geração de estrelas começou a ionizar o hidrogénio. Após várias centenas de milhões de anos, o gás do Universo encontrava-se completamente ionizado.
Crédito: NAOJ
Com o auxílio do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), uma equipa de astrónomos conseguiu detectar oxigénio brilhante numa galáxia distante observada apenas 700 milhões de anos depois do Big Bang.
Trata-se da galáxia mais longínqua na qual foi detectado oxigénio de forma inequívoca, que está certamente a ser 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.
Imagem de cores compostas de uma parte do rastreio de campo profundo Subaru XMM-Newton.
Painel da direita: A galáxia vermelha no centro da imagem trata-se da galáxia muito distante SXDF-NB1006-2.
Painéis da esquerda: Imagens de grande plano da galáxia SXDF-NB1006-2.
Crédito: NAOJ
Astrónomos do Japão, Suécia, Reino Unido e ESO utilizaram o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para observar uma das mais distantes galáxias conhecidas. A 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 equipa esperava investigar os elementos químicos pesados (na terminologia astronómica, elementos químicos mais pesados que o lítio são conhecidos por elementos 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 dá-nos também 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 electricamente 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.
Imagem de cores compostas da galáxia distante SXDF-NB1006-2.
A radiação emitida pelo oxigénio ionizado detectado pelo ALMA mostra-se a verde. A radiação emitida pelo hidrogénio ionizado detectado pelo Telescópio Subaru e a radiação ultravioleta detectada pelo Telescópio Infravermelho do Reino Unido (UKIRT) estão a azul e vermelho, respectivamente.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NAOJ
Antes de observarem esta galáxia distante, os astrónomos fizeram simulações de computador para prever quão facilmente se poderia observar evidências de oxigénio ionizado com o ALMA. Levaram também em linha de conta observações de galáxias semelhantes mas que se encontram muito mais próximas da Terra e concluíram que a emissão do oxigénio poderia ser detectada, mesmo a grandes distâncias.
Seguidamente a equipa levou a cabo observações de elevada sensibilidade com o ALMA e descobriu radiação emitida por oxigénio ionizado na SXDF-NB1006-2, sendo esta a detecção inequívoca de oxigénio mais distante obtida até à data. Trata-se assim de evidência sólida da presença de oxigénio no Universo primordial, apenas 700 milhões de anos após o Big Bang.
Descobriu-se que o oxigénio na 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 equipa não conseguiu detectar nenhuma emissão de carbono vinda da galáxia, sugerindo que esta jovem galáxia contém muito pouco hidrogénio gasoso não ionizado. Os astrónomos descobriram ainda que a galáxia contém apenas uma pequena quantidade de poeira, constituída por elementos pesados. “Algo invulgar se passa nesta galáxia,” disse Inoue. “Penso que quase todo o gás se encontra altamente ionizado.”
A detecção de oxigénio 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 oxigénio.
A falta de poeira na galáxia permite que a radiação ultravioleta escape e ionize enormes quantidades de gás fora da galáxia. “A SXDF-NB1006-2 poderá bem 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 permitir-nos-ão ver a distribuição e os movimentos do oxigénio ionizado na galáxia, fornecendo-nos assim informações vitais que nos ajudarão a compreender as propriedades desta galáxia.”
Impressão artística da galáxia distante SXDF-NB1006-2.
Esta galáxia alberga muitas estrelas jovens brilhantes, que ionizam o gás existente tanto no interior da galáxia como à sua volta. A cor verde indica oxigénio ionizado detectado pelo ALMA, enquanto que o roxo mostra a distribuição do hidrogénio ionizado detectado pelo Telescópio Subaru.
Crédito: NAOJ
Este é um artigo do ESO, que pode ser lido aqui.
Últimos comentários