Fazendo melhores medições da composição das galáxias

Um estudo usando dados de telescópios na Terra e no céu resolve um problema que assola os astrônomos que trabalham no infravermelho e poderia ajudar a fazer melhores observações da composição do universo com o Telescópio Espacial James Webb e outros instrumentos. O trabalho foi publicado em 20 de abril na Nature Astronomy. 

Imagem composta da galáxia anã Markarian 71, a 11 milhões de anos-luz da Terra. Observações ópticas e infravermelhas do Mrk71 resolvem uma questão sobre dois métodos usados para medir a composição das galáxias e podem levar a melhores estudos com telescópios espaciais infravermelhos. (Telescópio Espacial Hubble)

"Estamos a tentar medir a composição dos gases dentro das galáxias", disse Yuguang Chen, investigador pós-doutorado a trabalhar com o professor Tucker Jones no Departamento de Física e Astronomia da Universidade da Califórnia, Davis.

A maioria dos elementos para além do hidrogénio, hélio e lítio são produzidos dentro de estrelas, pelo que a composição e distribuição de elementos mais pesados - especialmente a proporção entre o oxigénio e o hidrogénio - pode ajudar os astrónomos a compreender quantas e que tipos de estrelas se estão a formar num objeto distante.

Os astrónomos usam dois métodos para medir o oxigénio numa galáxia mas, infelizmente, dão resultados diferentes. Um método comum, linhas excitadas por colisão, dá um sinal forte, mas pensa-se que os resultados são sensíveis às mudanças de temperatura, disse Chen. Um segundo método utiliza um conjunto diferente de linhas, chamadas linhas de recombinação, que são mais fracas, mas que se pensa não serem afetadas pela temperatura.

O método da linha de recombinação produz, consistentemente, cerca do dobro das medições de linhas excitadas por colisão. Os cientistas atribuem a discrepância às flutuações de temperatura nas nuvens de gás, mas isto não foi diretamente comprovado, disse Chen.

Chen, Jones e colegas utilizaram astronomia ótica e infravermelha para medir a abundância de oxigénio na galáxia anã Markarian 71, a cerca de 11 milhões de anos-luz da Terra. Utilizaram dados de arquivo do recentemente aposentado telescópio SOFIA e do também aposentado Observatório Espacial Herschel, bem como observações com telescópios no Observatório W. M. Keck em Mauna Kea, Hawaii.

O SOFIA (Stratospheric Observatory For Infrared Astronomy) foi um telescópio montado num avião Boeing 747. Ao voar entre 11.500 e 13.700 metros, a aeronave podia chegar acima de 99% do vapor de água na atmosfera terrestre, que efetivamente bloqueia a luz infravermelha do espaço profundo de atingir o solo. Um projeto conjunto da NASA e da agência espacial alemã, o SOFIA fez o seu último voo operacional em setembro de 2022 e ficará agora exposto num museu em Tucson.

O Observatório Espacial Herschel, com o nome dos astrónomos William e Caroline Herschel, foi um telescópio espacial infravermelho operado pela ESA. Esteve ativo de 2009 a 2013. 

Um resultado surpreendente

Com dados destes instrumentos, Chen e Jones examinaram a abundância de oxigénio na galáxia Markarian 71 enquanto corrigiam as flutuações de temperatura. Descobriram que o resultado das linhas infravermelhas excitadas por colisão era ainda 50% inferior ao do método da linha de recombinação, mesmo depois de eliminar o efeito da temperatura.

"Este resultado é muito surpreendente para nós", disse Chen. Não há consenso sobre uma explicação para a discrepância, disse. A equipa planeia observar objetos adicionais para descobrir que propriedades das galáxias se correlacionam com esta variação, disse Chen.

Um dos objetivos do Telescópio Espacial James Webb, lançado em 2022, é fazer observações infravermelhas da composição de galáxias distantes nos primeiros mil milhões de anos do Universo. Os novos resultados fornecem um enquadramento para a realização destas medições com o JWST e com o ALMA (Atacama Large Millimeter Array) no Chile.

Fonte: ucdavis.edu