Astrônomos confirmam idade da galáxia mais distante com oxigênio

Um novo estudo, liderado por uma equipe conjunta da Universidade de Nagoya e do NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan), mediu a idade cósmica de uma galáxia muito distante. A equipe utilizou o radiotelescópio ALMA para detetar um sinal de rádio que viajou durante aproximadamente 97% da idade do Universo.

O radiotelescópio ALMA determinou a idade cósmica exata de uma galáxia distante identificada com o JWST, GHZ2/GLASS-z12: 367 milhões de anos [após o Big Bang]. As observações espectroscópicas profundas do ALMA revelaram uma linha de emissão espectral associada ao oxigénio ionizado perto da galáxia, que foi desviada na sua frequência devido à expansão do Universo desde que a linha foi emitida. Esta observação confirma que o JWST é capaz de observar distâncias recorde, e anuncia um salto na nossa capacidade de compreender a formação das primeiras galáxias do Universo. Crédito: NASA/ESA/CSA/T. Treu, UCLA/NAOJ/T. Bakx, Universidade de Nagoya 

Esta descoberta confirma a existência de galáxias no Universo primitivo encontradas pelo Telescópio Espacial James Webb. A pesquisa foi publicada na Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. A galáxia, chamada GHZ2/GLASS-z12, foi inicialmente identificada no JWST GLASS, um levantamento que observa o Universo distante e por trás de aglomerados massivos de galáxias. Essas observações consistem em várias imagens usando diferentes filtros de cores de banda larga, semelhantes às cores RGB separadas em uma câmera. 

Para galáxias distantes, a luz leva tanto tempo para chegar até nós que a expansão do Universo mudou a cor dessa luz para a extremidade vermelha do espectro de luz visível no chamado desvio para o vermelho. A cor vermelha do GHZ2/GLASS-z12 consequentemente ajudou os pesquisadores a identificá-lo como um dos candidatos mais convincentes para uma galáxia distante que eles observaram.

Tantas galáxias distantes brilhantes foram identificadas nas primeiras semanas de observações do JWST que desafiaram nossa compreensão básica da formação das primeiras galáxias. No entanto, essas cores vermelhas são apenas indicativas de uma galáxia distante e, em vez disso, poderiam ser uma galáxia muito rica em poeira disfarçada de objeto mais distante. Somente observações diretas de linhas espectrais – linhas presentes no espectro de luz de uma galáxia usadas para identificar os elementos presentes – podem confirmar de forma robusta as verdadeiras distâncias dessas galáxias.

Imediatamente após a descoberta destas primeiras candidatas a galáxias, dois investigadores em início de carreira da Universidade de Nagoya e do Observatório Astronómico Nacional do Japão usaram os quarenta radiotelescópios do conjunto ALMA, no Chile, para procurar uma linha espectral para confirmar as verdadeiras idades das galáxias.

A imagem da galáxia GHZ2/GLASS-z12 com o espectro ALMA associado. As observações espectroscópicas profundas do ALMA revelaram uma linha de emissão espectral associada ao oxigénio ionizado perto da galáxia, que foi deslocada na sua frequência observada devido à expansão do Universo desde que a linha foi emitida. NASA / ESA / CSA / T. Treu, UCLA / NAOJ / T. Bakx, Nagoya U. 

O ALMA apontou para GHZ2/GLASS-z12 para procurar uma linha de emissão associada ao oxigénio na frequência esperada sugerida pelas observações do JWST. O oxigênio é um elemento tipicamente abundante em galáxias distantes devido à sua escala de tempo de formação relativamente curta, portanto, a equipe optou por procurar uma linha de emissão de oxigênio para aumentar as chances de detecção.

Combinando o sinal de cada um dos seus telescópios de 12 metros, o ALMA foi capaz de detectar a linha de emissão próxima da posição da galáxia. O desvio para o vermelho observado da linha indica que vemos a galáxia como era apenas 367 milhões de anos após o Big Bang.

"As primeiras imagens do Telescópio Espacial James Webb revelaram tantas galáxias primitivas, que sentimos que tínhamos que testar seus resultados usando o melhor observatório da Terra", disse o principal autor Tom Bakx, da Universidade de Nagoya. "Foi um momento muito emocionante para ser um astrônomo observacional, e pudemos acompanhar o status das observações que testarão os resultados do JWST em tempo real."

 "Estávamos inicialmente preocupados com a ligeira variação de posição entre a linha de emissão de oxigênio detectada e a galáxia vista pelo Webb", observa o autor Tom Bakx, "mas realizamos testes detalhados nas observações para confirmar que esta é realmente uma detecção robusta, e é muito difícil de explicar através de qualquer outra interpretação".

O coautor principal Jorge Zavala, do Observatório Astronômico Nacional do Japão, acrescenta: "A emissão de linhas brilhantes indica que esta galáxia enriqueceu rapidamente seus reservatórios de gás com elementos mais pesados que o hidrogênio e o hélio. Isso nos dá algumas pistas sobre a formação e evolução da primeira geração de estrelas e sua vida. A pequena separação que vemos entre o gás oxigênio e a emissão das estrelas também pode sugerir que essas primeiras galáxias sofreram explosões violentas que sopraram o gás para longe do centro da galáxia para a região ao redor da galáxia e até mesmo além. "

"Estas observações profundas do ALMA fornecem provas robustas da existência de galáxias nas primeiras centenas de milhões de anos após o Big Bang, e confirmam os resultados surpreendentes das observações do Webb. O trabalho do JWST está apenas começando, mas já estamos ajustando nossos modelos de como as galáxias se formam no Universo primitivo para corresponder a essas observações. O poder combinado do Webb e do conjunto de radiotelescópios ALMA dá-nos a confiança para empurrar os nossos horizontes cósmicos cada vez mais para perto do alvorecer do Universo."

Fonte: ras.ac.uk