Os astrônomos pensavam que o Universo primitivo era repleto de hidrogênio. Agora, eles o encontraram.

 Astrônomos que utilizam dados do  Experimento de Energia Escura do Telescópio Hobby-Eberly  (HETDEX) descobriram dezenas de milhares de halos gigantescos de gás hidrogênio, chamados de "nebulosas Lyman-alfa", circundando galáxias de 10 a 12 bilhões de anos atrás. 

Conhecida como Meio-dia Cósmico, essa é uma época no início do universo em que as galáxias estavam crescendo mais rapidamente. Para impulsionar esse crescimento, elas precisariam ter acesso a vastos reservatórios de gás hidrogênio, um componente fundamental para a formação de estrelas. No entanto, até recentemente, os astrônomos haviam encontrado apenas algumas dessas estruturas essenciais.

 Um enorme halo de gás hidrogênio, descoberto nos dados do Experimento de Energia Escura do Telescópio Hobby-Eberly (HETDEX) e sobreposto à sua localização em imagens de alta resolução do Telescópio Espacial James Webb (JWST). Presente há 11,3 bilhões de anos, esse sistema brilha devido à luz combinada de muitas galáxias em seu interior, com a região mais brilhante representada em vermelho. Usando dados do HETDEX, os astrônomos aumentaram o número conhecido desses halos em mais de dez vezes – de aproximadamente 3.000 para mais de 33.000. Crédito: Erin Mentuch Cooper (HETDEX), imagem do JWST: NASA, ESA, CSA, STScI.

Um novo estudo publicado no  The Astrophysical Journal  aumentou em dez vezes o número conhecido de halos de gás hidrogênio: de aproximadamente 3.000 para mais de 33.000. Isso confirma as suspeitas de que não se tratam de curiosidades raras. O estudo também amplia a gama de tamanhos conhecidos, fornecendo uma amostra mais representativa para os astrônomos estudarem enquanto continuam a desvendar a origem e a evolução das primeiras galáxias.

“Temos analisado o mesmo pequeno grupo de objetos nos últimos 20 anos”, disse Erin Mentuch Cooper, gerente de dados do HETDEX e autora principal do estudo. “O HETDEX está nos permitindo encontrar muito mais desses halos e medir suas formas e tamanhos. Isso realmente nos possibilitou criar um catálogo estatístico incrível.”

O gás hidrogênio é notoriamente difícil de detectar porque não gera luz própria. No entanto, se estiver próximo a um objeto que emite muita energia – por exemplo, uma galáxia ou um grupo de galáxias repleto de estrelas que emitem luz ultravioleta – essa energia pode fazer com que o hidrogênio brilhe. Para detectar isso, é necessário dedicar muito tempo a instrumentos de precisão, que geralmente são muito requisitados.

Embora pesquisas astronômicas anteriores tenham encontrado alguns desses halos, seus instrumentos só conseguiram detectar os exemplos mais brilhantes e extremos. E as observações direcionadas de galáxias primordiais geralmente são tão ampliadas que eliminam todos os halos, exceto os menores. Como resultado, tudo o que está entre os pequenos e os enormes halos permanece indetectável.

As observações do HETDEX estão começando a preencher essa lacuna. Usando o  Telescópio Hobby-Eberly  no Observatório McDonald, o projeto está mapeando a posição de mais de um milhão de galáxias em sua busca para entender a energia escura. "Capturamos quase meio petabyte de dados não apenas dessas galáxias, mas também das regiões entre elas", disse Karl Gebhardt, investigador principal do HETDEX, chefe do  departamento de astronomia da Universidade do Texas em Austin  e coautor do artigo. "Nossas observações cobrem uma região do céu equivalente a mais de 2.000 luas cheias. O alcance é enorme e sem precedentes."

“O Telescópio Hobby-Eberly é um dos maiores do mundo”, acrescentou Dustin Davis, pós-doutorando na UT Austin, cientista do HETDEX e coautor do estudo. “E o instrumento usado pelo HETDEX produz 100.000 espectros em cada observação. Portanto, temos uma enorme quantidade de dados e há todos os tipos de coisas interessantes, divertidas e estranhas esperando para serem descobertas.”

Os halos recém-descobertos medem de dezenas de milhares a centenas de milhares de anos-luz de diâmetro. Alguns são tão simples quanto uma nuvem em forma de bola de futebol americano envolvendo uma única galáxia. Outros são manchas extensas e irregulares que contêm múltiplas galáxias. "Esses são os mais interessantes", disse Mentuch Cooper. "Eles parecem amebas gigantes com tentáculos que se estendem pelo espaço."

Para encontrá-las, a equipe selecionou as 70.000 galáxias mais brilhantes dentre as mais de 1,6 milhão de galáxias primitivas identificadas até o momento pelo HETDEX. Com a ajuda de supercomputadores do  Texas Advanced Computing Center , eles analisaram quantas dessas galáxias apresentavam evidências de um halo circundante: uma região central compacta de hidrogênio e uma nuvem mais tênue que se estende além dela.

Quase metade conseguiu. Além disso, essa fração provavelmente é uma subestimação, explicou Mentuch Cooper. "Suspeitamos que os sistemas mais tênues simplesmente não sejam brilhantes o suficiente para revelar completamente seu tamanho."

A equipe espera que sua descoberta ajude outros pesquisadores a estudar o universo primitivo: como suas estruturas evoluíram, a distribuição da matéria, o movimento dos objetos e muito mais. Com 33.000 halos para estudar, o problema não será mais onde encontrá-los, mas qual escolher.

“Existem vários modelos para galáxias nesta época que, em grande parte, funcionam e parecem fazer sentido, mas há lacunas e falhas”, explicou Davis. “Agora podemos nos concentrar em halos individuais e observar com mais detalhes a física e a mecânica do que está acontecendo. E então podemos corrigir ou descartar os modelos e tentar novamente.”

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