Nota de Imprensa

ALMA detecta o oxigénio mais distante observado até à data

16 de Junho de 2016

Com o auxílio do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), uma equipa de astrónomos conseguiu detectar oxigénio brilhante numa galáxia distante observada apenas 700 milhões de anos depois do Big Bang. Trata-se da galáxia mais longínqua na qual foi detectado oxigénio de forma inequívoca, que está certamente a ser ionizado pela forte radiação emitida por estrelas gigantes jovens. Esta galáxia pode bem ser um exemplo de um dos tipos de fontes responsáveis pela reionização cósmica na história primordial do Universo.

Astrónomos do Japão, Suécia, Reino Unido e ESO utilizaram o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para observar uma das mais distantes galáxias conhecidas. A SXDF-NB1006-2 tem um desvio para o vermelho de 7,2, o que significa que a observamos apenas 700 milhões de anos após o Big Bang.

A equipa esperava investigar os elementos químicos pesados [1] presentes na galáxia, uma vez que estes elementos nos informam sobre o nível de formação estelar existente, fornecendo assim pistas sobre o período da história do Universo conhecido por reionização cósmica.

“Procurar elementos pesados no Universo primordial é um passo essencial para explorar a formação estelar neste período,” disse Akio Inoue da Universidade de Osaka Sangyo, Japão, o autor principal do artigo científico que descreve estes resultados e que foi publicado na revista Science. “Estudar elementos pesados dá-nos também pistas para compreender como é que as galáxias se formaram e o que é que causou a reionização cósmica,” acrescentou.

Na época anterior à formação dos objetos, o Universo encontrava-se cheio de gás electricamente neutro. No entanto, quando os primeiros objetos começaram a brilhar, algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang, emitiram forte radiação que começou a quebrar os átomos neutros — ionizando o gás. Durante esta fase — conhecida por reionização cósmica — todo o Universo se modificou de forma drástica. No entanto, não há consenso sobre quais os tipos de objetos que causaram a reionização. Estudar as condições existentes em galáxias muito distantes pode ajudar a responder a esta questão.

Antes de observarem esta galáxia distante, os astrónomos fizeram simulações de computador para prever quão facilmente se poderia observar evidências de oxigénio ionizado com o ALMA. Levaram também em linha de conta observações de galáxias semelhantes mas que se encontram muito mais próximas da Terra e concluíram que a emissão do oxigénio poderia ser detectada, mesmo a grandes distâncias [2].

Seguidamente a equipa levou a cabo observações de elevada sensibilidade com o ALMA [3] e descobriu radiação emitida por oxigénio ionizado na SXDF-NB1006-2, sendo esta a detecção inequívoca de oxigénio mais distante obtida até à data [4]. Trata-se assim de evidência sólida da presença de oxigénio no Universo primordial, apenas 700 milhões de anos após o Big Bang.

Descobriu-se que o oxigénio na SXDF-NB1006-2 é dez vezes menos abundante do que no Sol. “A baixa abundância encontrada é esperada, uma vez que o Universo era ainda jovem, apresentando uma curta história de formação estelar nessa altura,” comentou Naoki Yoshida da Universidade de Tóquio. “As nossas simulações previram efetivamente uma abundância dez vezes menor que a do Sol. No entanto, temos outro resultado que é inesperado: uma pequena quantidade de poeira.”

A equipa não conseguiu detectar nenhuma emissão de carbono vinda da galáxia, sugerindo que esta jovem galáxia contém muito pouco hidrogénio gasoso não ionizado. Os astrónomos descobriram ainda que a galáxia contém apenas uma pequena quantidade de poeira, constituída por elementos pesados. “Algo invulgar se passa nesta galáxia,” disse Inoue. “Penso que quase todo o gás se encontra altamente ionizado.”

A detecção de oxigénio ionizado indica que muitas estrelas muito brilhantes, dezenas de vezes mais massivas que o Sol, se formaram na galáxia e se encontram a emitir radiação ultravioleta intensa, necessária à ionização dos átomos de oxigénio.

A falta de poeira na galáxia permite que a radiação ultravioleta escape e ionize enormes quantidades de gás fora da galáxia. “A SXDF-NB1006-2 poderá bem ser um protótipo das fontes de radiação responsáveis pela reionização cósmica,” disse Inoue.

“Este é um passo importante no sentido de compreendermos que tipo de objetos causaram a reionização cósmica,” explicou Yoichi Tamura da Universidade de Tóquio. “As nossas próximas observações com o ALMA já começaram. Observações de mais alta resolução permitir-nos-ão ver a distribuição e os movimentos do oxigénio ionizado na galáxia, fornecendo-nos assim informações vitais que nos ajudarão a compreender as propriedades desta galáxia.”

Notas

[1] Na terminologia astronómica, elementos químicos mais pesados que o lítio são conhecidos por elementos pesados.

[2] O satélite astronómico infravermelho japonês AKARI tinha já descoberto que esta emissão de oxigénio é muito brilhante na Grande Nuvem de Magalhães, a qual apresenta um meio semelhante ao do Universo primordial.

[3] O comprimento de onda original da radiação do oxigénio duplamente ionizado é 0,088 milímetros. O comprimento de onda da radiação emitida pela SXDF-NB1006-2 está esticado até aos 0,725 milímetros devido à expansão do Universo, fazendo com que esta radiação possa ser observada pelo ALMA.

[4] Trabalho anterior de Finkelstein et al. sugeriu a presença de oxigénio num tempo ligeiramente mais primordial, no entanto não houve detecção direta de uma risca de emissão, como é o caso deste novo trabalho.

Informações adicionais

Este trabalho foi descrito num artigo científico intitulado “Detection of an oxygen emission line from a high redshift galaxy in the reionization epoch” de Inoue et al., publicado na revista Science.

A equipa é composta por: Akio Inoue (Universidade de Osaka Sangyo, Japão), Yoichi Tamura (Universidade de Tóquio, Japão), Hiroshi Matsuo (NAOJ/Universidade de Estudos Avançados, Japão), Ken Mawatari (Universidade Osaka Sangyo, Japão), Ikkoh Shimizu (Universidade de Osaka, Japão), Takatoshi Shibuya (Universidade de Tóquio, Japão), Kazuaki Ota (University of Cambridge, Reino Unido), Naoki Yoshida (Universidade de Tóquio, Japão), Erik Zackrisson (Universidade de Uppsala, Suécia), Nobunari Kashikawa (NAOJ/Universidade de Estudos Avançados, Japão), Kotaro Kohno (Universidade de Tóquio, Japão), Hideki Umehata (ESO, Garching, Alemanha; Universidade de Tóquio, Japão), Bunyo Hatsukade (NAOJ, Japan), Masanori Iye (NAOJ, Japão), Yuichi Matsuda (NAOJ/Universidade de Estudos Avançados, Japão), Takashi Okamoto (Universidade de Hokkaido, Japão) e Yuki Yamaguchi (Universidade de Tóquio, 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”.

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Este texto é a tradução da Nota de Imprensa do ESO eso1620, 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.