Nota de Imprensa

ALMA descobre segredos de bolha espacial gigante

21 de Setembro de 2016

Uma equipa internacional de astrónomos usou o ALMA, assim como o Very Large Telescope do ESO e outros telescópios, para descobrir a verdadeira natureza de um objeto raro no Universo distante, chamado Bolha de Lyman-alfa. Até agora, os astrónomos não compreendiam o que é que fazia estas enormes nuvens de gás brilhar tão intensamente, mas o ALMA viu agora duas galáxias no coração de um destes objetos, galáxias estas que estão a formar estrelas a um ritmo muito acelerado, fazendo brilhar todo o meio que as envolve. Estas enormes galáxias estão por sua vez no centro de um conjunto de galáxias mais pequenas, no que parece ser a fase inicial de formação de um enxame de galáxias massivo. As duas fontes ALMA deverão evoluir numa única galáxia elíptica gigante.

As Bolhas de Lyman-alfa são enormes nuvens de hidrogénio gasoso com dimensões que podem ir até às centenas de milhares de anos-luz e que se encontram a grandes distâncias cósmicas. O nome reflete o comprimento de onda característico da radiação ultravioleta que emitem, conhecida por radiação de Lyman-alfa [1]. Desde a descoberta destes objetos, os processos que lhes dão origem têm constituído um puzzle astronómico. Novas observações obtidas agora com o ALMA acabam de resolver o mistério.

Uma das maiores Bolhas de Lyman-alfa conhecidas e estudadas com muito detalhe é a SSA22-Lyman-alfa 1, ou LAB 1. Situada no núcleo de um enorme enxame de galáxias na fase inicial de formação, este foi o primeiro objeto do tipo a ser descoberto — em 2000 — e localiza-se tão longe que a sua luz demorou 11,5 mil milhões de anos a chegar até nós.

Uma equipa de astrónomos, liderada por Jim Geach, do Centre for Astrophysics Research of the University of Hertfordshire, RU, utilizou a capacidade sem precedentes do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para investigar a LAB-1, observando a radiação emitida por nuvens de poeira fria em galáxias distantes, o que permitiu localizar e resolver várias fontes de emissão submilimétrica [2].

A equipa combinou seguidamente as imagens ALMA com observações obtidas com o instrumento MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer), montado no Very Large Telescope do ESO (VLT), as quais mapeiam a radiação Lyman-alfa. Isto mostrou que as fontes ALMA estão localizadas mesmo no centro da Bolha de Lyman-alfa, onde se encontram a formar estrelas a uma taxa cerca de 100 vezes maior que a da Via Láctea.

Adicionalmente, imagens profundas obtidas com o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA e espectroscopia do Observatório W. M. Keck [3] mostraram que as fontes ALMA estão rodeadas por numerosas galáxias companheiras ténues que podem estar a bombardeá-las com material, ajudando assim a aumentar as taxas de formação estelar nas fontes ALMA centrais.

A equipa fez seguidamente uma sofisticada simulação de formação galáctica para demonstrar que a enorme nuvem brilhante de emissão Lyman-alfa pode ser explicada se radiação ultravioleta produzida pela formação estelar nas fontes ALMA for dispersada pelo hidrogénio gasoso circundante. Este efeito daria origem à Bolha de Lyman-alfa que observamos.

Jim Geach, autor principal do novo estudo, explica: “Pensemos nas luzes da rua numa noite de nevoeiro — vemos um brilho difuso porque a luz é dispersada pelas minúsculas gotas de água. Algo semelhante acontece aqui, excepto que a luz da rua é uma galáxia a formar estrelas com muita intensidade e o nevoeiro é uma enorme nuvem de gás intergaláctico. As galáxias iluminam o seu meio envolvente.”

Compreender como é que as galáxias se formam e evoluem é um enorme desafio. Os astrónomos pensam que as Bolhas de Lyman-alfa são importantes porque parecem ser os locais onde a maioria das galáxias massivas do Universo se formam. Em particular, o brilho extenso de Lyman-alfa fornece informações sobre o que está a acontecer nas nuvens de gás primordial que rodeiam as jovens galáxias, uma região muito difícil de estudar, mas critica para a compreensão destes fenómenos.

Jim Geach conclui, “O que é excitante nestas Bolhas é que estamos a ver o que se passa em torno destas jovens galáxias em crescimento. Durante muito tempo, a origem desta radiação extensa de Lyman-alfa permaneceu controversa. No entanto, combinando novas observações e simulações de vanguarda, pensamos ter resolvido um mistério de 15 anos: a Bolha de Lyman-alfa 1 é o local de formação de uma galáxia elíptica gigante, que um dia será o coração de um enorme enxame de galáxias. Estamos a ver uma “fotografia” da formação dessa galáxia há 11,5 mil milhões de anos atrás.”

Notas

[1] Os electrões carregados negativamente que orbitam os núcleos carregados positivamente de um átomo possuem níveis de energia quantificados, isto é, apenas podem existir em determinados estados de energia, e apenas podem transitar entre os diversos níveis ganhando ou perdendo quantidades precisas de energia. A radiação de Lyman-alfa é produzida quando electrões nos átomos de hidrogénio descem do segundo nível de energia mais baixo para o primeiro nível mais baixo. A precisa quantidade de energia perdida é emitida sob a forma de radiação num comprimento de onda particular, na região ultravioleta do espectro, a qual os astrónomos conseguem detectar com telescópios no espaço ou com telescópios na Terra, no caso de objetos que se encontrem desviados para o vermelho. Para LAB-1, com um desvio para o vermelho de z ~ 3, a radiação de Lyman-alfa é observada na região do visível.

[2] A resolução é a capacidade de distinguir objetos separados. A baixa resolução, várias fontes brilhantes a determinada distância pareceriam um único ponto brilhante e apenas de perto distinguiríamos cada fonte separadamente. A elevada resolução do ALMA resolveu em duas fontes separadas o que anteriormente parecia ser uma única mancha.

[3] Os instrumentos usados foram o STIS (Space Telescope Imaging Spectrograph), montado no Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA e o MOSFIRE (Multi-Object Spectrometer For Infra-Red Exploration), montado no telescópio Keck 1 no Hawaii.

Informações adicionais

Este trabalho foi descrito num artigo científico intitulado “ALMA observations of Lyman-α Blob 1: Halo sub-structure illuminated from within” de J. Geach et al., que será publicado na revista da especialidade Astrophysical Journal.

A equipa é composta por  J. E. Geach (Centre for Astrophysics Research, University of Hertfordshire, Hatfield, RU), D. Narayanan (Department of Physics and Astronomy, Haverford College, Haverford PA, EUA; Department of Astronomy, University of Florida, Gainesville FL, EUA), Y. Matsuda (Observatório Astronómico Nacional do Japão, Mitaka, Tóquio, Japão; Universidade para Estudos Avançados, Mitaka, Tóquio, Japão), M. Hayes (Universidade de Estocolmo, Departmento de Astronomia e Centro Oskar Klein para a Física de Cosmopartículas, Estocolmo, Suécia), Ll. Mas-Ribas (Instituto de Astrofísica Teórica, Universidade de Oslo, Oslo, Noruega), M. Dijkstra (Instituto de Astrofísica Teórica, Universidade de Oslo, Oslo, Noruega), C. C. Steidel (California Institute of Technology, Pasadena CA, EUA ), S. C. Chapman (Department of Physics and Atmospheric Science, Dalhousie University, Halifax, Canadá), R. Feldmann (Department of Astronomy, University of California, Berkeley CA, EUA ), A. Avison (UK ALMA Regional Centre Node; Jodrell Bank Centre for Astrophysics, School of Physics and Astronomy, The University of Manchester, Manchester, RU), O. Agertz (Department of Physics, University of Surrey, Guildford, RU), Y. Ao (Observatório Astronómico Nacional do Japão, Mitaka, Tóquio, Japão), M. Birkinshaw (H.H. Wills Physics Laboratory, University of Bristol, Bristol, RU), M. N. Bremer (H.H. Wills Physics Laboratory, University of Bristol, Bristol, RU), D. L. Clements (Astrophysics Group, Imperial College London, Blackett Laboratory, London, RU), H. Dannerbauer (Instituto de Astrofísica de Canarias, La Laguna, Tenerife, Espanha; Universidad de La Laguna, Astrofísica, La Laguna, Tenerife, Espanha), D. Farrah (Department of Physics, Virginia Tech, Blacksburg VA, EUA), C. M. Harrison (Centre for Extragalactic Astronomy, Department of Physics, Durham University, Durham, RU), M. Kubo (Observatório Astronómico Nacional do Japão, Mitaka, Tóquio, Japão), M. J. Michałowski (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, RU), D. Scott (Department of Physics & Astronomy, University of British Columbia, Vancouver, Canadá), M. Spaans (Instituto Astronómico Kapteyn, Universidade de Groningen, Groningen, Holanda) , J. Simpson (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, RU), A. M. Swinbank (Centre for Extragalactic Astronomy, Department of Physics, Durham University, Durham, RU), Y. Taniguchi (Universidade Aberta do Japão, Chiba, Japão), E. van Kampen (ESO, Garching, Alemanha), P. Van Der Werf (Observatório de Leiden, Universidade de Leiden, Leiden, Holanda), A. Verma (Oxford Astrophysics, Department of Physics, University of Oxford, Oxford, RU) e T. Yamada (Instituto Astronómico, Universidade de Tohoku, Miyagi, Japão).

O Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), uma infraestrutura astronómica internacional, é uma parceria entre o ESO, a Fundação Nacional para a Ciência dos Estados Unidos (NSF) e os Institutos Nacionais de Ciências da Natureza (NINS) do Japão, em cooperação com a República do Chile. O ALMA é financiado pelo ESO em prol dos seus Estados Membros, pela NSF em cooperação com o Conselho de Investigação Nacional do Canadá (NRC) e do Conselho Nacional Científico da Ilha Formosa (NSC) e pelo NINS em cooperação com a Academia Sinica (AS) da Ilha Formosa e o Instituto de Astronomia e Ciências do Espaço da Coreia (KASI).

A construção e operação do ALMA é coordenada pelo ESO, em prol dos seus Estados Membros; pelo Observatório Nacional de Rádio Astronomia dos Estados Unidos (NRAO), que é gerido pela Associação de Universidades, Inc. (AUI), em prol da América do Norte e pelo Observatório Astronómico Nacional do Japão (NAOJ), em prol do Leste Asiático. O Observatório ALMA (JAO) fornece uma liderança e direção unificadas na construção, gestão e operação do ALMA.

O ESO é a mais importante organização europeia intergovernamental para a investigação em astronomia e é de longe o observatório astronómico mais produtivo do mundo. O ESO é  financiado por 16 países: Alemanha, Áustria, Bélgica, Brasil, Dinamarca, Espanha, Finlândia, França, Holanda, Itália, Polónia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suécia e Suíça, assim como pelo Chile, o país de acolhimento. O ESO destaca-se por levar a cabo um programa de trabalhos ambicioso, focado na concepção, construção e operação de observatórios astronómicos terrestres de ponta, que possibilitam aos astrónomos importantes descobertas científicas. O ESO também tem um papel importante na promoção e organização de cooperação na investigação astronómica. O ESO mantém em funcionamento três observatórios de ponta no Chile: La Silla, Paranal e Chajnantor. No Paranal, o ESO opera  o Very Large Telescope, o observatório astronómico óptico mais avançado do mundo e dois telescópios de rastreio. O VISTA, o maior telescópio de rastreio do mundo que trabalha no infravermelho e o VLT Survey Telescope, o maior telescópio concebido exclusivamente para mapear os céus no visível. O ESO é um parceiro principal no ALMA, o maior projeto astronómico que existe atualmente. E no Cerro Armazones, próximo do Paranal, o ESO está a construir o European Extremely Large Telescope (E-ELT) de 39 metros, que será “o maior olho do mundo virado para o céu”.

Links

• Artigo científico
• Fotografias do ALMA
• Fotografias do VLT

Contactos

Margarida Serote
Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço
Portugal
Telm.: 964951692
Email: eson-portugal@eso.org

Jim Geach
Centre for Astrophysics Research, University of Hertfordshire
Hatfield, UK
Email: j.geach@herts.ac.uk

Matthew Hayes
Stockholm University
Stockholm, Sweden
Tel.: +46 (0)8 5537 8521
Email: matthew@astro.su.se

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Este texto é a tradução da Nota de Imprensa do ESO eso1632, cortesia do ESON, uma rede de pessoas nos Países Membros do ESO, que servem como pontos de contacto local com os meios de comunicação social, em ligação com os desenvolvimentos do ESO. A representante do nodo português é Margarida Serote.