Astrónomos observam galáxia distante alimentada por combustível cósmico primordial

Imagem de uma galáxia (centro) alimentada por um fluxo de gás frio, produzida ao renderizar a distribuição de gás numa simulação em supercomputadores de uma galáxia em formação. O fluxo em "queda" de material primordial é iluminado por trás graças a um distante quasar no pano de fundo (em baixo à esquerda; o quasar foi acrescentado pelo artista, bem como o pano de fundo estrelado). Usando dados recolhidos pelo Observatório W. M. Keck, investigadores liderados por Neil Crighton (MPIA e Universidade de Swinburne) fizeram a primeira detecção da acreção deste gás pristino para uma galáxia em formação, previamente teorizado com base em simulações cosmológicas.Crédito: MPIA (G. Stinson/A. V. Macciò)

 

Astrónomos detectaram fluxos frios de hidrogénio primordial, a matéria vestigial que sobrou do Big Bang, alimentando uma galáxia rica em formação estelar no Universo primitivo. Fluxos abundantes de gás em galáxias são considerados cruciais para explicar uma era há 10 mil milhões de anos atrás, quando as galáxias copiosamente formavam estrelas. Para levar a cabo esta descoberta, os astrónomos - liderados por Neil Crighton do Instituto Max Planck para Astronomia e da Universidade de Swinburne - usaram uma coincidência cósmica: um quasar brilhante e distante que age como "farol cósmico" e ilumina por trás o fluxo gasoso. Os resultados foram publicados na edição de 2 de Outubro da Astrophysical Journal Letters.

 

O levantamento sistemático de sistemas de absorção compreende observações com o LBT (Large Binocular Telescope) e dados obtidos com o espectrógrafo HIRES do Observatório W. M. Keck acoplado ao telescópio Keck I de 10 metros no cume do Mauna Kea, no Hawaii. A galáxia em primeiro plano foi descoberta por Charles Steidel, Gwen Rudie (Instituto de Tecnologia da Califórnia) e colaboradores usando o espectrógrafo LRIS do Observatório Keck instalado no mesmo telescópio. Na narrativa actual de como as galáxias como a nossa Via Láctea se formam, os cosmólogos postulam que já foram alimentadas a partir de um vasto reservatório de hidrogénio intocado no meio intergaláctico, que permeia as vastas extensões entre galáxias.

 

Há cerca de 10 mil milhões de anos atrás, quando o Universo tinha um-quinto da sua idade actual, as primeiras protogaláxias encontravam-se num estado de actividade extrema, formando novas estrelas a um ritmo quase cem vezes superior ao actual. Dado que as estrelas se formam a partir do gás, esta fecundidade exige uma constante fonte de combustível cósmico. Na década passada, as simulações por supercomputadores de formação galáctica tornaram-se tão sofisticadas que podem realmente prever como as galáxias se formam e são alimentadas: o gás é afunilado para as galáxias ao longo de "correntes frias" que, como correntes de neve derretida que alimentam um lago, o canal arrefece o gás do meio intergaláctico circundante até às galáxias, superando continuamente as suas fontes de matéria-prima para a formação estelar.

 

No entanto, tem sido extremamente difícil testar estas previsões, porque este gás no limite das galáxias é tão rarefeito que emite muito pouca radiação. Em vez disso, a equipa de astrónomos procurou sistematicamente exemplos de um tipo muito específico de coincidência cósmica. Os quasares constituem uma breve fase no ciclo de vida galáctico, durante o qual brilham como os objectos mais luminosos do Universo, alimentados pela queda de matéria sobre um buraco negro supermassivo. Da nossa perspectiva da Terra, existirão casos raros onde um distante quasar de fundo e uma corrente de gás primordial perto de uma galáxia no pano da frente estão exactamente alinhados no céu nocturno. Como a luz do quasar viaja na direcção da Terra, passa pela galáxia e através do gás primordial, antes de chegar aos nossos telescópios.

 

O gás cósmico absorve selectivamente luz em frequências muito específicas a que os astrónomos referem como "linhas de absorção". O padrão e forma destas linhas providencia um código de barras cósmico, que os astrónomos podem descodificar para determinar a composição química, densidade e temperatura do gás. Usando esta técnica, uma equipa de astrónomos liderada por Neil Crighton encontrou a melhor evidência até à data de um fluxo de gás intergaláctico pristino até uma galáxia. A galáxia, com o nome Q1442-MD50, é tão distante que a sua luz levou 11 mil milhões de anos até chegar à Terra. O gás primitivo em queda reside a uns meros 190.000 anos-luz da galáxia - relativamente próximo em termos de escalas galácticas - e é revelado em silhueta no espectro de absorção do quasar mais distante em pano de fundo, QSO J1444535+291905.

 

Um elemento essencial da sua descoberta é a detecção da assinatura espectral do deutério cósmico, um isótopo estável do hidrogénio (com um neutrão extra no núcleo). Os cosmólogos já demonstraram que o hidrogénio, o hélio e seus isótopos estáveis como o deutério foram todos sintetizados poucos minutos após o Big Bang, quando o Universo era quente o suficiente para alimentar as reacções nucleares. Todos os elementos mais pesados, como carbono, nitrogénio e oxigénio, foram criados muito mais tarde nas fornalhas quentes das estrelas. Porque as condições físicas hostis nos centros de estrelas iriam destruir o frágil isótopo de deutério, a descoberta do deutério no gás confirma que o gás que "cai" para a galáxia é realmente o material primitivo que sobra do Big Bang.

 

"Esta não é a primeira vez que os astrónomos descobriram uma galáxia com gás nas proximidades, revelado por um quasar. Mas esta é a primeira vez que tudo se encaixa," afirma Crighton. "A galáxia forma estrelas vigorosamente, e as propriedades do gás mostram claramente que este é um material intocado, que sobra do início do Universo logo após o Big Bang. A descoberta deste sistema faz parte de uma grande pesquisa por linhas de visão de quasares que passam perto de galáxias, coordenada por Joseph Hennawi, líder do grupo de pesquisa ENIGMA no Instituto Max Planck para Astronomia.

 

"Dado que esta descoberta é o resultado de uma pesquisa sistemática, podemos agora deduzir que tais fluxos frios são bastante comuns," afirma Hennawi. "Nós só tivemos que procurar 12 pares quasar-galáxia para descobrir este exemplo. Esta taxa está de acordo com as previsões feitas em supercomputadores, que proporciona um voto de confiança para as nossas actuais teorias de como as galáxias se formaram. O objectivo a longo prazo dos astrónomos é encontrar cerca de dez exemplos semelhantes a estes fluxos frios, o que permitiria uma comparação muito mais detalhada das suas observações com as previsões dos modelos numéricos.

 

"Os estudos anteriores destas galáxias mostraram evidências de gás que flui para fora delas," afirma J. Xavier Prochaska (Universidade da Califórnia em Santa Cruz, EUA), colaborador no estudo. "No entanto, com a análise muito mais precisa do Neil, podemos também detectar a matéria-prima que alimenta galáxias e, assim, traçar a quantidade de gás que recebem, e quando. Esta é uma peça fundamental no quebra-cabeças da formação de galáxias."

 

Avishai Dekel (Universidade Hebraica, em Jerusalém) foi fundamental para estabelecer, teoricamente e numericamente, o modelo actual da acreção de fluxo frio em galáxias. Apesar de não estar envolvido com esta pesquisa, comentou os resultados. "Este é um achado muito interessante," afirma Dekel. "É consistente com as previsões teóricas, baseadas tanto nas análises físicas como nas simulações cosmológicas, para a alimentação de galáxias com um alto desvio para o vermelho em correntes frias da teia cósmica. A baixa metalicidade torna este caso de entrada de fluxo mais convincente do que detecções anteriores."

Fonte: Astronomia On-Line