Uma galáxia aparentemente velha num Universo jovem

Esta imagem obtida pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA mostra o rico enxame de galáxias Abell 1689. A enorme concentração de massa faz curvar a radiação emitida por objetos mais distantes, podendo aumentar o seu brilho total aparente e tornando-os visíveis. Um tal objeto, A1689-zD1, encontra-se no interior do quadrado, embora continue a ser tão ténue que é quase invisível nesta imagem.  Novas observações obtidas com o ALMA e o VLT do ESO revelaram que este objeto é uma galáxia poeirenta que está a ser observada quando o Universo tinha apenas 700 milhões de anos.  Crédito: NASA; ESA; L. Bradley (Universidade Johns Hopkins); R. Bouwens (University da Califórnia, Santa Cruz); H. Ford (Universidade Johns Hopkins) e G. Illingworth (University da California, Santa Cruz)

Uma das galáxias mais distantes observada até hoje deu aos astrónomos a primeira deteção de poeira num sistema com formação estelar muito longínquo, o que aponta para uma rápida evolução das galáxias depois do Big Bang. Nas novas observações utilizou-se o ALMA para capturar o fraco brilho da poeira fria na galáxia A1689-zD1 e o VLT (Very Large Telescope) do ESO para medir a distância a este objeto. Uma equipa de astrónomos, liderada por Darach Watson, da Universidade de Copenhaga, utilizou o instrumento X-shooter montado no VLT, assim como o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) para observar uma das galáxias mais jovens e mais longínquas alguma vez encontradas. A equipa surpreendeu-se ao descobrir um sistema muito mais evoluído do que o esperado, com uma fração de poeira muito semelhante à de uma galáxia madura, como a Via Láctea.

Tal poeira é vital à vida, contribuindo para a formação de planetas, moléculas complexas e estrelas normais. O alvo das observações da equipa chama-se A1689-zD1, uma galáxia observável apenas devido ao facto do seu brilho estar a ser amplificado mais de nove vezes por uma lente gravitacional, sob a forma de um enxame de galáxias, Abell 1689, o qual se situa entre a jovem galáxia e a Terra. Sem este aumento gravitacional, o brilho desta galáxia muito ténue seria demasiado fraco para se poder detetar. Vemos A1689-zD1 quando o Universo tinha apenas cerca de 700 milhões de anos - ou seja, 5% da sua idade atual. É um sistema relativamente modesto - muito menos massivo e luminoso do que muitos outros objetos que foram anteriormente estudados nesta fase do Universo primordial e portanto uma galáxia mais típica dessa altura.

A1689-zD1 está a ser observada tal como era no período da reionização, altura em que as primeiras estrelas trouxeram uma madrugada cósmica, iluminando pela primeira vez um Universo imenso e transparente e acabando com o extenso período de estagnação chamado Idade das Trevas. Esperava-se que a galáxia se parecesse com um sistema recém-formado, mas afinal os observadores ficaram surpreendidos ao descobrir uma rica complexidade química e abundância de poeira interestelar. "Depois de confirmada a distância à galáxia com o auxílio do VLT," disse Darach Watson, "percebemos que este objeto já tinha sido observado anteriormente pelo ALMA. Não esperávamos encontrar grande coisa, mas posso dizer que ficámos todos muito entusiasmados quando percebemos que não só o ALMA já a tinha observado, como se tratava de uma deteção muito clara.

Esta imagem composta inclui dados no infravermelho obtidos com o instrumento WFC3 do Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA e dados no visível. Mostra-nos uma vista de pormenor de parte do enxame de galáxias Abell 1689. A enorme concentração de massa faz curvar a radiação emitida por objetos mais distantes, podendo aumentar o seu brilho total aparente e tornando-os visíveis. Um tal objeto, A1689-zD1, aparece na imagem com uma forma alongada e uma cor avermelhada, visível no interior do quadrado. Novas observações obtidas com o ALMA e o VLT do ESO revelaram que A1689-zD1 é uma galáxia poeirenta que está a ser observada quando o Universo tinha apenas 700 milhões de anos. A sua radiação está a ser ampliada mais de nove vezes pelo efeito de lente gravitacional massivo do enxame. Crédito: ESO/J. Richard

Um dos objetivos principais do Observatório ALMA era encontrar galáxias no Universo primordial através das suas emissões de gás frio e poeira - e aqui está!. Esta galáxia é um bebé cósmico - mas que provou ser precoce. Com esta idade esperar-se-ia que apresentasse uma falta de elementos químicos mais pesados - qualquer elemento mais pesado que o hidrogénio ou o hélio define-se em astronomia como metal. Estes elementos são produzidos no interior das estrelas e espalhados por toda a parte quando as estrelas explodem ou morrem de qualquer forma. Este processo tem que se repetir por muitas gerações estelares para produzir uma abundância significativa de elementos pesados, tais como o carbono, oxigénio ou azoto.Surpreendentemente, a galáxia A1689-zD1 parecia emitir imensa radiação no infravermelho longínquo, indicando assim que já tinha produzido muitas das suas estrelas e quantidades significativas de metais, revelando que não só continha poeira, mas também possuía uma razão poeira-gás semelhante à de galáxias muito mais maduras.

"Embora a origem exata da poeira galáctica permaneça obscura," explica Darach Watson, "a nossa descoberta indica que a sua produção ocorre muito rapidamente, num período de apenas 500 milhões de anos desde o início da formação estelar no Universo - um intervalo de tempo muito curto em termos cosmológicos, já que a maioria das estrelas vivem durante milhares de milhões de anos. Os resultados sugerem que A1689-zD1 tem estado a formar estrelas de modo consistente a uma taxa moderada desde uma altura de cerca de 560 milhões de anos depois do Big Bang, ou alternativamente passou por um período extremo muito rápido de formação estelar explosiva antes de iniciar a fase de declínio da formação estelar. Antes deste resultado, havia a preocupação de que tais galáxias longínquas poderiam não ser detetadas, no entanto A1689-zD1 foi detetada usando apenas observações breves do ALMA.

Kirsten Knudsen (Universidade Chalmers de Tecnologia, Suécia), coautora do artigo científico que descreve estes resultados, acrescenta: "Esta extraordinária galáxia poeirenta parece ter tido muita pressa em formar as suas primeiras gerações de estrelas. No futuro, o ALMA será capaz de nos ajudar a encontrar mais galáxias como esta, de modo a que possamos perceber o que é que as leva a querer "crescer" tão depressa."
Fonte:ESO