Um halo de rádio fantasmagórico acaba de mudar o que sabemos sobre o universo primitivo

Astrônomos usando o conjunto de rádio LOFAR detectaram um vasto “mini-halo” de partículas de alta energia ao redor do aglomerado de galáxias SpARCS1049, cuja luz viajou 10 bilhões de anos para chegar até nós. 

Esta imagem impressionante revela um aglomerado de galáxias distante repleto de energia: galáxias brilham em luz visível (branca), nuvens vermelhas fantasmagóricas revelam um mini-halo de rádio recém-descoberto — o mais distante já detectado — e fios azuis traçam o gás quente que brilha em raios X. Crédito: Chandra X-ray Center (Raios X: NASA/CXC/SAO; Óptico: NASA/ESA/STScI; Rádio: ASTRON/LOFAR; Processamento de Imagem: NASA/CXC/SAO/N. Wolk)

A descoberta dobra o recorde de distância anterior e mostra que aglomerados colossais são banhados por partículas carregadas desde a juventude do universo.

Mini-Halo Discovery quebra recorde

Astrônomos descobriram uma vasta nuvem de partículas energéticas — um "mini halo" — ao redor de um dos aglomerados de galáxias mais distantes já observados, marcando um grande passo à frente na compreensão das forças ocultas que moldam o cosmos.

O mini-halo está a uma distância tão grande que a luz leva 10 bilhões de anos para chegar à Terra, tornando-o o mais distante já encontrado, dobrando a distância anterior conhecida pela ciência.

A descoberta demonstra que aglomerados inteiros de galáxias, entre as maiores estruturas do universo, ficaram imersos em partículas de alta energia durante a maior parte de sua existência.

Esse mini-halo consiste em partículas carregadas e altamente energéticas no vácuo entre galáxias em um aglomerado, que juntas emanam ondas de rádio que podem ser detectadas da Terra.

Processos energéticos em aglomerados iniciais

Aceito para publicação no The Astrophysical Journal Letters , com a versão pré-impressa do artigo publicada no arXiv, as descobertas mostram que, mesmo no universo primitivo, os aglomerados de galáxias já eram moldados por processos energéticos.

A equipe internacional de pesquisadores por trás da descoberta foi coliderada por Julie Hlavacek-Larrondo, da Universidade de Montreal, e Roland Timmerman, do Instituto de Cosmologia Computacional da Universidade de Durham, no Reino Unido.

Os pesquisadores analisaram dados do radiotelescópio Low-Frequency Array (LOFAR), uma vasta rede de mais de 100.000 pequenas antenas que abrange oito países europeus. Ao estudar um aglomerado de galáxias chamado SpARCS1049, os pesquisadores detectaram um sinal de rádio fraco e disseminado. Descobriram que ele não emanava de galáxias individuais, mas sim de uma vasta região do espaço repleta de partículas de alta energia e campos magnéticos.

Estendendo-se por mais de um milhão de anos-luz, esse brilho difuso é um sinal revelador de um mini-halo, uma estrutura que os astrônomos só conseguiram observar no universo próximo até agora. "É como se tivéssemos descoberto um vasto oceano cósmico, onde aglomerados inteiros de galáxias estão constantemente imersos em partículas de alta energia", disse Hlavacek-Larrondo.

Timmerman acrescentou: “É impressionante encontrar um sinal de rádio tão forte a esta distância. Isso significa que essas partículas energéticas e os processos que as criam vêm moldando aglomerados de galáxias ao longo de quase toda a história do universo.”

Duas explicações prováveis

Há duas explicações prováveis ​​por trás da formação do mini-halo.

Uma delas é que existem buracos negros supermassivos no coração das galáxias dentro de um aglomerado, capazes de ejetar fluxos de partículas de alta energia para o espaço. No entanto, os astrônomos ainda estão tentando entender como essas partículas seriam capazes de migrar para longe do buraco negro e criar uma nuvem tão gigantesca de partículas, mantendo tanta energia.

A segunda explicação são as colisões de partículas cósmicas. Isso ocorre quando partículas carregadas dentro do plasma quente do aglomerado de galáxias colidem a velocidades próximas à da luz, se desintegrando em partículas altamente energéticas que podem ser observadas da Terra.

Esta nova descoberta fornece uma visão rara de como eram os aglomerados de galáxias logo após sua formação, dizem os astrônomos.

Isso não só mostra que os aglomerados de galáxias foram infundidos com essas partículas de alta energia por bilhões de anos a mais do que se sabia anteriormente, mas também permite que os astrônomos estudem de onde essas partículas de alta energia vêm.

Isso sugere que buracos negros e/ou colisões de partículas de alta energia vêm enriquecendo o ambiente dos aglomerados de galáxias muito antes do esperado, mantendo-os energizados ao longo de bilhões de anos.

Telescópios de última geração e insights futuros

Com o desenvolvimento de novos telescópios, como o Square Kilometer Array (SKA), os cientistas poderão detectar sinais ainda mais fracos e explorar mais a fundo o papel dos campos magnéticos, raios cósmicos e processos energéticos na formação do Universo, dizem os astrônomos.

“Estamos apenas arranhando a superfície de quão energético o Universo primordial realmente era”, disse Hlavacek-Larrondo. “Esta descoberta nos abre uma nova janela para entender como os aglomerados de galáxias crescem e evoluem, impulsionados tanto por buracos negros quanto pela física de partículas de alta energia.”

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