O ALMA explora o Campo Ultra Profundo do Hubble

As observações milimétricas mais profundas obtidas até à data do Universo primordial

Esta imagem combina uma fotografia de fundo obtida pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA (a azul/verde) com uma nova imagem muito profunda obtida pelo ALMA do mesmo campo (a laranja, marcada com círculos). Todos os objetos que o ALMA vê parecem ser galáxias massivas a formar estrelas. Esta imagem baseia-se no rastreio ALMA obtido por J. Dunlop e colegas, que cobriu toda a área do HUDF. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/NASA/ESA/J. Dunlop et al. e S. Beckwith (STScI) e Equipa HUDF

Duas equipes internacionais de astrónomos utilizaram o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para explorar o Universo distante revelado pela primeira vez nas icónicas imagens do Campo Ultra Profundo do Hubble (HUDF, sigla do inglês Hubble Ultra Deep Field). Estas novas observações do ALMA são significativamente mais profundas e nítidas do que rastreios anteriores feitos nos comprimentos de onda milimétricos e mostram claramente a relação inequívoca que existe entre a taxa de formação estelar em galáxias jovens e a sua massa total de estrelas. As observações mostram igualmente as anteriormente desconhecidas abundâncias do gás que está a formar estrelas em diferentes épocas, fornecendo assim novos conhecimentos sobre a “Idade de Ouro” da formação de galáxias, a qual ocorreu há aproximadamente 10 mil milhões de anos.

Os novos resultados ALMA serão publicados numa série de artigos científicos nas revistas da especialidade Astrophysical Journal e Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Os resultados estão também entre os que serão apresentados esta semana na conferência Half a Decade of ALMA (Meia Década com o ALMA), que decorre em Palm Springs, Califórnia, nos EUA. Em 2004, as imagens do Campo Ultra Profundo do Hubble — pioneiras nas observações de campo profundo do Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA — foram publicadas. Estas imagens exploravam o céu muito mais profundamente do que o que tinha sido feito até à data e revelavam uma enorme quantidade e variedade de galáxias que podiam ser vistas até menos de um milhar de milhão de anos depois do Big Bang.

Estas imagens foram cortadas da imagem que foi criada a partir de uma fotografia de fundo obtida pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA (a azul/verde) e de uma nova imagem muito profunda obtida pelo ALMA do mesmo campo (a laranja, marcada com círculos). Todos os objetos que o ALMA vê parecem ser galáxias massivas a formar estrelas. Esta imagem baseia-se no rastreio ALMA obtido por J. Dunlop e colegas, que cobriu toda a área do HUDF.  Crédito: ALMA ESO/NAOJ/NRAO)/NASA/ESA/J. Dunlop et al. e S. Beckwith (STScI) e Equipa HUDF

Esta área do céu foi observada várias vezes pelo Hubble e por muitos outros telescópios, o que resultou na imagem mais profunda do Universo obtida até à data. Os astrónomos usaram agora o ALMA para mapear, pela primeira vez, na região dos comprimentos de onda do milímetro, esta janela para o Universo distante, correspondente uma área do céu aparentemente comum mas muito estudada.  Este mapeamento foi feito de modo profundo e bastante nítido, o que permitiu observar o ténue brilho emitido pelas nuvens de gás e também a emissão da poeira quente existente nas galáxias do Universo primordial. O ALMA observou o HUDF cerca de 50 horas no total até agora, o que corresponde à maior quantidade de tempo de observação do ALMA passado numa única região do céu.

Uma das equipas, liderada por Jim Dunlop (University of Edinburgh, Reino Unido), utilizou o ALMA para obter a primeira imagem profunda e homogénea de uma região tão grande como o HUDF. Estes dados permitiram ajustar claramente as galáxias detectadas pelo ALMA com objetos já observados pelo Hubble ou por outras infraestruturas. Este estudo mostrou claramente pela primeira vez que a massa estelar de uma galáxia é o factor que melhor prevê a taxa de formação estelar no Universo a elevado desvio para o vermelho. A equipa detectou essencialmente todas as galáxias de elevada massa e virtualmente mais nada.

Esta imagem, chamada Campo Extremamente Profundo do Hubble (XDF, sigla do inglês para Hubble eXtreme Deep Field), combina observações Hubble obtidas durante a última década de uma pequena região do céu situada na constelação da Fornalha. Com um total de mais de dois milhões de segundos de tempo de exposição, trata-se da imagem mais profunda do Universo alguma vez conseguida, combinando dados de imagens anteriores, incluindo o Campo Ultra Profundo do Hubble (obtido em 2002 e 2003) e o Campo Ultra Profundo Infravermelho do Hubble (de 2009).  A imagem cobre uma região com uma área que é menor que um décimo da área da Lua Cheia, ou seja apenas 30 milionésimas partes de todo o céu. Ainda assim, nesta minúscula fracção do céu, esta exposição longa revela cerca de 5500 galáxias, algumas das quais tão distantes que as vemos quando o Universo tinha menos de 5% da sua idade atual.  A imagem do Campo Extremamente Profundo do Hubble contém vários dos objetos mais distantes alguma vez identificados.  Crédito: NASA, ESA, G. Illingworth, D. Magee, e P. Oesch (Universidade da California, Santa Cruz), R. Bouwens (Universidade de Leiden), e Equipa HUDF09

Jim Dunlop, autor principal do artigo científico que descreve as imagens profundas enfatiza a importância desta descoberta: “Este é um avanço revolucionário, pois pela primeira vez conseguimos ligar claramente as imagens visíveis e ultravioletas do Universo distante observadas pelo Hubble com as imagens  no infravermelho longínquo e milímetro obtidas com o ALMA. A segunda equipa, liderada por Manuel Aravela do Núcleo de Astronomía, Universidad Diego Portales, Santiago do Chile, e por Fabian Walter do Instituto Max Planck de Astronomia em Heidelberg, na Alemanha, conduziu uma busca mais profunda em cerca de um sexto do campo total do HUDF.

“Levámos a cabo a primeira busca tridimensional feita "às cegas" de gás frio no Universo primordial,” disse Chris Carilli, astrónomo do National Radio Astronomy Observatory (NRAO), em Socorro, Novo Mexico, EUA, e membro da equipa de investigação. “Deste modo, descobrimos uma população de galáxias que não apareceu de forma nada evidente em qualquer outro rastreio profundo do céu. Algumas das novas observações ALMA foram especificamente concebidas para detectar galáxias ricas em monóxido de carbono, o qual indica regiões onde se prepara a formação estelar. Estes reservatórios de gás molecular, que dão origem a formação estelar nas galáxias, são muitas vezes difíceis de detectar com o Hubble. O ALMA pode por isso ajudar a revelar a “metade que falta” do processo de formação e evolução das galáxias.

Uma quantidade de galáxias, ricas em monóxido de carbono (o que indica formação estelar potencial) foram observadas pelo ALMA (a laranja) no Campo Ultra Profundo do Hubble. As estruturas azuis são galáxias observadas pelo Hubble. Esta imagem baseia-se num rastreio muito profundo do ALMA realizado por Manuel Aravena, Fabian Walter e colegas, que cobriu cerca de um sexto da área total do HUDF. Crédito: B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); NASA/ESA Hubble

“Os novos resultados ALMA apontam para um rápido aumento no conteúdo de gás das galáxias à medida que olhamos para trás no tempo,” acrescenta o autor principal de dois dos artigos científicos que descrevem estes resultados, Manuel Aravela. “Este aumento do conteúdo de gás é provavelmente a causa principal do aumento das taxas de formação estelar durante a época principal de formação de galáxias, a qual ocorreu há cerca de 10 mil milhões de anos atrás. Os resultados apresentados hoje são apenas o início de uma série de observações futuras do ALMA para investigar o Universo distante. Por exemplo, está planeada uma campanha de observação de 150 horas do HUDF para termos mais indícios sobre a potencial história de formação estelar no Universo.  Ao aumentar o nosso conhecimento sobre este material que forma estrelas, anteriormente desconhecido, o Grande Programa do ALMA previsto dar-nos-á uma visão completa das galáxias existentes no icónico Campo Ultra Profundo do Hubble,” conclui Fabian Walter.

FONTE: ESO