Astrônomos testemunham o nascimento de um aglomerado muito distante de galáxias do Universo primitivo

Usando o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), do qual o ESO é parceiro, os astrónomos descobriram um grande reservatório de gás quente no enxame de galáxias ainda em formação em torno da galáxia da Teia de Aranha – a detecção mais distante de tal gás quente até agora. 

Os aglomerados de galáxias são alguns dos maiores objetos conhecidos no Universo e este resultado, publicado hoje na Nature, revela ainda mais o quão cedo essas estruturas começam a se formar.

Esta imagem mostra o protoaglomerado em torno da galáxia Teia de Aranha (formalmente conhecida como MRC 1138-262), visto em uma época em que o Universo tinha apenas 3 bilhões de anos. A maior parte da massa no protoaglomerado não reside nas galáxias que podem ser vistas no centro da imagem, mas no gás conhecido como meio intraaglomerado (ICM). O gás quente no ICM é mostrado como uma nuvem azul sobreposta. Crédito:ESO/Di Mascolo et al.; HST: H. Ford

Os aglomerados de galáxias, como o nome sugere, hospedam um grande número de galáxias - às vezes até milhares. Eles também contêm um vasto "meio intraaglomerado" (ICM) de gás que permeia o espaço entre as galáxias no aglomerado. Este gás, de fato, supera consideravelmente as próprias galáxias. Grande parte da física dos aglomerados de galáxias é bem compreendida; no entanto, as observações das primeiras fases de formação da MCI permanecem escassas. 

Anteriormente, o ICM só havia sido estudado em aglomerados de galáxias próximos totalmente formados. Detectar o ICM em protoaglomerados distantes – isto é, aglomerados de galáxias ainda em formação – permitiria aos astrônomos capturar esses aglomerados nos estágios iniciais de formação. Uma equipe liderada por Luca Di Mascolo, primeiro autor do estudo e pesquisador da Universidade de Trieste, na Itália, estava interessada em detectar o ICM em um protoaglomerado dos estágios iniciais do Universo. 

Os aglomerados de galáxias são tão massivos que podem reunir o gás que aquece à medida que cai em direção ao aglomerado. "Simulações cosmológicas previram a presença de gás quente em protoaglomerados por mais de uma década, mas confirmações observacionais têm faltado", explica Elena Rasia, pesquisadora do Instituto Nacional Italiano de Astrofísica (INAF) em Trieste, Itália, e coautora do estudo. "Buscar essa confirmação observacional chave nos levou a selecionar cuidadosamente um dos protoaglomerados candidatos mais promissores." 

Esse foi o protoaglomerado da Teia de Aranha, localizado em uma época em que o Universo tinha apenas 3 bilhões de anos. Apesar de ser o protoaglomerado mais intensamente estudado, a presença do MCI tem permanecido indescritível. Encontrar um grande reservatório de gás quente no protoaglomerado da Teia de Aranha indicaria que o sistema está a caminho de se tornar um aglomerado de galáxias adequado e duradouro, em vez de se dispersar. 

A equipe de Di Mascolo detectou o ICM do protoaglomerado da Teia de Aranha através do que é conhecido como o efeito térmico Sunyaev-Zeldovich (SZ). Esse efeito acontece quando a luz da radiação cósmica de fundo em micro-ondas – a radiação relíquia do Big Bang – passa pelo ICM. Quando essa luz interage com os elétrons que se movem rapidamente no gás quente, ela ganha um pouco de energia e sua cor, ou comprimento de onda, muda ligeiramente. 

"Nos comprimentos de onda certos, o efeito SZ aparece assim como um efeito de sombra de um aglomerado de galáxias na radiação cósmica de fundo", explica Di Mascolo. 

Ao medir essas sombras na radiação cósmica de fundo em micro-ondas, os astrônomos podem, portanto, inferir a existência do gás quente, estimar sua massa e mapear sua forma. "Graças à sua resolução e sensibilidade incomparáveis, o ALMA é a única instalação atualmente capaz de realizar tal medição para os progenitores distantes de aglomerados massivos," diz Di Mascolo. 

Eles determinaram que o protoaglomerado da Teia de Aranha contém um vasto reservatório de gás quente a uma temperatura de algumas dezenas de milhões de graus Celsius. Anteriormente, o gás frio havia sido detectado neste protoaglomerado, mas a massa do gás quente encontrado neste novo estudo o supera em milhares de vezes. Esta descoberta mostra que o protoaglomerado da Teia de Aranha é de fato esperado para se transformar em um aglomerado de galáxias maciço em cerca de 10 bilhões de anos, aumentando sua massa em pelo menos um fator de dez. 

Tony Mroczkowski, coautor do artigo e investigador do ESO, explica que "este sistema apresenta enormes contrastes. O componente térmico quente destruirá grande parte do componente frio à medida que o sistema evolui, e estamos testemunhando uma transição delicada." Ele conclui que "fornece confirmação observacional de previsões teóricas de longa data sobre a formação dos maiores objetos gravitacionalmente ligados no Universo". 

Estes resultados ajudam a estabelecer as bases para sinergias entre o ALMA e o próximo Extremely Large Telescope (ELT) do ESO, que "irá revolucionar o estudo de estruturas como a Teia de Aranha", diz Mario Nonino, coautor do estudo e investigador do Observatório Astronómico de Trieste. 

O ELT e seus instrumentos de última geração, como o HARMONI e o MICADO, serão capazes de perscrutar protoaglomerados e nos contar sobre as galáxias neles em grande detalhe. Juntamente com as capacidades do ALMA para rastrear a ICM em formação, isto irá fornecer um vislumbre crucial da montagem de algumas das maiores estruturas do Universo primitivo.

Fonte: eso.org