Rádio e microondas revelam a verdadeira natureza das galáxias escuras no início do universo

 Impressão artística de uma explosão estelar envolta em poeira. Crédito: ESO/M. Kornmesser 

Usando vários radiotelescópios em todo o mundo, uma equipe de astrônomos do Cosmic Dawn Center, em Copenhague, descobriu várias galáxias no início do universo que, devido a enormes quantidades de poeira, estavam escondidas de nossa vista. As observações permitiram à equipa medir a temperatura e a espessura da poeira, demonstrando que este tipo de galáxias contribuiu significativamente para a formação total de estrelas quando o universo tinha apenas 1/10 da sua idade atual.

Medir a taxa na qual as estrelas nascem em galáxias ao longo do tempo cósmico é uma das maneiras fundamentais pelas quais os astrônomos descrevem as propriedades e a evolução das galáxias.  Vários métodos são usados para estimar essa chamada taxa de formação de estrelas, normalmente dependendo da luz que é emitida pelas estrelas ou pela matéria que é iluminada pelas estrelas.

poeira cósmica

No entanto, as estrelas que se formam tendem, por sua vez, a criar poeira – partículas feitas de elementos pesados como carbono, silício, oxigênio e ferro. A poeira aparece como nuvens espessas no espaço entre as estrelas, possivelmente escondendo as estrelas completamente de nossos olhos.

Isso torna difícil obter um censo da taxa de formação de estrelas, especialmente em galáxias jovens, “starburst”, onde a poeira ainda não teve tempo de se dispersar longe dos locais compactos de formação de estrelas.

À medida que a poeira é aquecida pelas estrelas, ela começa a brilhar em luz infravermelha de longo comprimento de onda que, embora invisível ao olho humano, pode ser detectada por telescópios projetados para observar esses comprimentos de onda.

Mas para as explosões estelares mais compactas e envoltas em poeira, vemos apenas a superfície das nuvens. Essas galáxias são invisíveis não apenas nos comprimentos de onda ópticos “humanamente perceptíveis”, mas também no início do espectro infravermelho, totalmente escuro até mesmo para o Telescópio Espacial Hubble.

Seis visões diferentes da mesma galáxia (ID12646), vistas menos de um bilhão de anos após o Big Bang, em comprimentos de onda progressivamente maiores. As duas primeiras imagens mostram – ou melhor, não mostram – a galáxia no infravermelho próximo; a galáxia é completamente invisível. Somente ao olhar para os comprimentos de onda mais longos é que a galáxia é revelada. Crédito: Shuowen Jin / Peter Laursen

Galáxias no rádio 

Uma equipe de astrônomos – liderada por Shuowen Jin, bolsista de pós-doutorado Marie Curie no Cosmic Dawn Center, e incluindo vários outros DAWNers – decidiu, portanto, dar uma olhada no universo inicial em comprimentos de onda ainda maiores, usando as antenas de rádio/microondas em dois dos maiores observatórios de rádio do mundo, o Atacama Large Millimeter Array (ALMA) no Chile e o Northern Extended Millimeter Array (NOEMA) na França.

Juntamente com observações do mesmo campo no céu obtidas com outros radiotelescópios, as observações de Jin revelaram uma população de galáxias compactas de explosão estelar, envoltas em nuvens de poeira extremamente espessas.

Perfurando através das nuvens

As observações de rádio e microondas permitiram aos astrônomos medir a taxa de formação de estrelas e a temperatura da poeira.

“Nessas épocas, 1 a 2 bilhões de anos após o Big Bang, galáxias como essas contribuíram significativamente para a taxa total de formação de estrelas do universo, mas passam despercebidas em observações ópticas e no infravermelho próximo”, diz Shuowen Jin.

O estudo explica por que essas galáxias são tão escuras em óptica e infravermelha: “Como as nuvens de poeira são tão espessas e densas, a luz óptica e do infravermelho próximo não pode atravessar. Mesmo a luz do infravermelho distante é parcialmente absorvida”, explica Shuowen Jin.

As observações revelam não apenas poeira, mas também moléculas de monóxido (CO), misturadas dentro das nuvens. A luz emitida pelo CO pode ajudar os astrônomos a sondar outra importante quantidade de galáxias, a saber, a massa de todo o gás da galáxia. No entanto, um dos principais resultados do trabalho de Jin e seus colaboradores é que a maneira padrão de inferir massas de gás a partir da emissão de CO é errônea:

A luz observada é emitida das superfícies das nuvens empoeiradas. Modelos típicos não consideram que a luz seja bloqueada dentro das nuvens, alterando seu comprimento de onda antes de escapar. Levar esse efeito em consideração tem implicações bastante drásticas:

“Nosso modelo explica o fato de que mesmo a luz infravermelha não escapa diretamente do centro das nuvens de poeira. Isso nos mostra que as estimativas anteriores de massas de gás foram superestimadas por um fator de 2-3 em estrelas compactas, empoeiradas e compactas. formando galáxias”, explica Shuowen Jin.

Fonte: phys.org