ALMA descobre segredos de bolha espacial gigante

Uma equipa internacional de astrónomos usou o ALMA, assim como o Very Large Telescope do ESO e outros telescópios, para descobrir a verdadeira natureza de um objeto raro no Universo distante, chamado Bolha de Lyman-alfa. Até agora, os astrónomos não compreendiam o que é que fazia estas enormes nuvens de gás brilhar tão intensamente, mas o ALMA viu agora duas galáxias no coração de um destes objetos, galáxias estas que estão a formar estrelas a um ritmo muito acelerado, fazendo brilhar todo o meio que as envolve. Estas enormes galáxias estão por sua vez no centro de um conjunto de galáxias mais pequenas, no que parece ser a fase inicial de formação de um enxame de galáxias massivo. As duas fontes ALMA deverão evoluir numa única galáxia elíptica gigante.
Esta imagem mostra um instante no tempo de uma simulação cósmica de uma Bolha de Lyman-alfa semelhante a LAB-1. Esta simulação traça a evolução do gás e da matéria escura usando um dos mais recentes modelos de formação galáctica, no supercomputador Pleiades da NASA. Esta vista mostra a distribuição do gás no seio do halo de matéria escura, com código de cores tal que o gás frio (essencialmente hidrogénio neutro) aparece a vermelho e o gás quente a branco. Embutidas no centro do sistema estão duas galáxias com formação estelar intensa, rodeadas por gás quente e muitas outras galáxias satélite mais pequenas que aparecem como pequenos nodos de gás vermelho na imagem. Os fotões Lyman-alfa escapam das galáxias centrais e dispersam-se no gás frio associado às galáxias satélite, dando origem a uma Bolha de Lyman-alfa extensa. Créditos: J.Geach/D.Narayanan/R.Crain

Esta imagem mostra um instante no tempo de uma simulação cósmica de uma Bolha de Lyman-alfa semelhante a LAB-1. Esta simulação traça a evolução do gás e da matéria escura usando um dos mais recentes modelos de formação galáctica, no supercomputador Pleiades da NASA. Esta vista mostra a distribuição do gás no seio do halo de matéria escura, com código de cores tal que o gás frio (essencialmente hidrogénio neutro) aparece a vermelho e o gás quente a branco. Embutidas no centro do sistema estão duas galáxias com formação estelar intensa, rodeadas por gás quente e muitas outras galáxias satélite mais pequenas que aparecem como pequenos nodos de gás vermelho na imagem. Os fotões Lyman-alfa escapam das galáxias centrais e dispersam-se no gás frio associado às galáxias satélite, dando origem a uma Bolha de Lyman-alfa extensa.
Créditos: J.Geach/D.Narayanan/R.Crain

As Bolhas de Lyman-alfa são enormes nuvens de hidrogénio gasoso com dimensões que podem ir até às centenas de milhares de anos-luz e que se encontram a grandes distâncias cósmicas. O nome reflete o comprimento de onda característico da radiação ultravioleta que emitem, conhecida por radiação de Lyman-alfa. Desde a descoberta destes objetos, os processos que lhes dão origem têm constituído um puzzle astronómico. Novas observações obtidas agora com o ALMA acabam de resolver o mistério.

Esta imagem mostra um dos maiores objetos conhecidos no Universo, a Bolha de Lyman-alfa LAB-1. A imagem é a composição de duas imagens diferentes obtidas com o instrumento FORS montado no Very Large Telescope (VLT) — uma imagem maior que mostra as galáxias circundantes e uma observação muito mais profunda da bolha propriamente dita no centro, obtida para detectar a sua polarização. A intensa radiação ultravioleta de Lyman-alfa emitida pela bolha aparece-nos verde após ter sido “esticada” pela expansão do Universo durante a sua longa viagem até à Terra. Estas observações mostram pela primeira vez que a radiação emitida por este objeto é polarizada, o que significa que a bolha gigante deve estar a ser alimentada por galáxias embebidas no seio da nuvem. Créditos: ESO/M. Hayes

Esta imagem mostra um dos maiores objetos conhecidos no Universo, a Bolha de Lyman-alfa LAB-1. A imagem é a composição de duas imagens diferentes obtidas com o instrumento FORS montado no Very Large Telescope (VLT) — uma imagem maior que mostra as galáxias circundantes e uma observação muito mais profunda da bolha propriamente dita no centro, obtida para detectar a sua polarização. A intensa radiação ultravioleta de Lyman-alfa emitida pela bolha aparece-nos verde após ter sido “esticada” pela expansão do Universo durante a sua longa viagem até à Terra. Estas observações mostram pela primeira vez que a radiação emitida por este objeto é polarizada, o que significa que a bolha gigante deve estar a ser alimentada por galáxias embebidas no seio da nuvem.
Créditos: ESO/M. Hayes

Uma das maiores Bolhas de Lyman-alfa conhecidas e estudadas com muito detalhe é a SSA22-Lyman-alfa 1, ou LAB 1. Situada no núcleo de um enorme enxame de galáxias na fase inicial de formação, este foi o primeiro objeto do tipo a ser descoberto — em 2000 — e localiza-se tão longe que a sua luz demorou 11,5 mil milhões de anos a chegar até nós.

Uma equipa de astrónomos, liderada por Jim Geach, do Centre for Astrophysics Research of the University of Hertfordshire, RU, utilizou a capacidade sem precedentes do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para investigar a LAB-1, observando a radiação emitida por nuvens de poeira fria em galáxias distantes, o que permitiu localizar e resolver várias fontes de emissão submilimétrica.

A equipa combinou seguidamente as imagens ALMA com observações obtidas com o instrumento MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer), montado no Very Large Telescope do ESO (VLT), as quais mapeiam a radiação Lyman-alfa. Isto mostrou que as fontes ALMA estão localizadas mesmo no centro da Bolha de Lyman-alfa, onde se encontram a formar estrelas a uma taxa cerca de 100 vezes maior que a da Via Láctea.

Adicionalmente, imagens profundas obtidas com o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA e espectroscopia do Observatório W. M. Keck mostraram que as fontes ALMA estão rodeadas por numerosas galáxias companheiras ténues que podem estar a bombardeá-las com material, ajudando assim a aumentar as taxas de formação estelar nas fontes ALMA centrais.

A equipa fez seguidamente uma sofisticada simulação de formação galáctica para demonstrar que a enorme nuvem brilhante de emissão Lyman-alfa pode ser explicada se radiação ultravioleta produzida pela formação estelar nas fontes ALMA for dispersada pelo hidrogénio gasoso circundante. Este efeito daria origem à Bolha de Lyman-alfa que observamos.

Jim Geach, autor principal do novo estudo, explica: “Pensemos nas luzes da rua numa noite de nevoeiro — vemos um brilho difuso porque a luz é dispersada pelas minúsculas gotas de água. Algo semelhante acontece aqui, excepto que a luz da rua é uma galáxia a formar estrelas com muita intensidade e o nevoeiro é uma enorme nuvem de gás intergaláctico. As galáxias iluminam o seu meio envolvente.”

Esta sequência de imagens faz-nos aproximar de um dos maiores objetos conhecidos no Universo, a Bolha de Lyman-alfa LAB-1. Observações obtidas com o VLT do ESO mostraram pela primeira vez que esta bolha gigante deve estar a ser alimentada por galáxias embebidas no seio da nuvem. A imagem da esquerda mostra uma vista de grande angular da constelação do Aquário. As duas imagens em cima à direita foram criadas a partir de fotografias tiradas através de filtros azuis e vermelhos e fazem parte do Digitized Sky Survey 2. As duas imagens embaixo à direita foram obtidas com a câmara FORS montada no VLT. Créditos: ESO/A. Fujii/M. Hayes and Digitized Sky Survey 2

Esta sequência de imagens faz-nos aproximar de um dos maiores objetos conhecidos no Universo, a Bolha de Lyman-alfa LAB-1. Observações obtidas com o VLT do ESO mostraram pela primeira vez que esta bolha gigante deve estar a ser alimentada por galáxias embebidas no seio da nuvem. A imagem da esquerda mostra uma vista de grande angular da constelação do Aquário. As duas imagens em cima à direita foram criadas a partir de fotografias tiradas através de filtros azuis e vermelhos e fazem parte do Digitized Sky Survey 2. As duas imagens embaixo à direita foram obtidas com a câmara FORS montada no VLT.
Créditos: ESO/A. Fujii/M. Hayes and Digitized Sky Survey 2

Compreender como é que as galáxias se formam e evoluem é um enorme desafio. Os astrónomos pensam que as Bolhas de Lyman-alfa são importantes porque parecem ser os locais onde a maioria das galáxias massivas do Universo se formam. Em particular, o brilho extenso de Lyman-alfa fornece informações sobre o que está a acontecer nas nuvens de gás primordial que rodeiam as jovens galáxias, uma região muito difícil de estudar, mas critica para a compreensão destes fenómenos.

Jim Geach conclui, “O que é excitante nestas Bolhas é que estamos a ver o que se passa em torno destas jovens galáxias em crescimento. Durante muito tempo, a origem desta radiação extensa de Lyman-alfa permaneceu controversa. No entanto, combinando novas observações e simulações de vanguarda, pensamos ter resolvido um mistério de 15 anos: a Bolha de Lyman-alfa 1 é o local de formação de uma galáxia elíptica gigante, que um dia será o coração de um enorme enxame de galáxias. Estamos a ver uma “fotografia” da formação dessa galáxia há 11,5 mil milhões de anos atrás.”

Este diagrama explica como é que brilha uma Bolha de Lyman-alfa, um dos maiores e mais brilhantes objetos no Universo. Créditos: ESO/J. Geach

Este diagrama explica como é que brilha uma Bolha de Lyman-alfa, um dos maiores e mais brilhantes objetos no Universo.
Créditos: ESO/J. Geach

Fonte: Observatório Europeu do Sul (ESO)

About the author: Observatório do Lago Alqueva

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