ALMA descobre segredos de bolha espacial gigante

Simulação de computador de uma Bolha de Lyman-alfa Créditos:

J.Geach/D.Narayanan/R.Crain

Uma equipe 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.

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.

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.

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

A equipe 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.”

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.”

FONTE: ESO