Nota de Imprensa

Poeira estelar antiga lança luz sobre as primeiras estrelas

O objeto mais distante observado até à data pelo ALMA

8 de Março de 2017

Os astrónomos usaram o ALMA para detectar uma enorme quantidade de poeira estelar resplandescente numa galáxia observada quando o Universo tinha apenas 4% da sua idade atual. Esta galáxia foi observada pouco depois da sua formação e trata-se da galáxia mais distante onde se detectou poeira. Estas observações mostraram também a mais distante detecção de oxigénio no Universo. Estes novos resultados fornecem-nos novas pistas relativas ao nascimento e morte explosiva das primeiras estrelas.

Uma equipa internacional de astrónomos, liderada por Nicolas Laporte da University College London, utilizou o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para observar a A2744_YD4, a galáxia mais jovem e mais distante observada até à data pelo ALMA. Surpreendentemente, a equipa descobriu que esta jovem galáxia contém poeira interestelar em abundância — poeira formada pela morte de estrelas da geração anterior.

Observações de seguimento com o instrumento X-shooter, montado no Very Large Telescope do ESO, confirmaram a enorme distância a que se encontra a A2744_YD4. De facto, estamos a observar esta galáxia quando o Universo tinha apenas 600 milhões de anos de idade, numa altura em que as primeiras estrelas e galáxias ainda se estavam a formar [1].

“A A2744_YD4 não é apenas a galáxia mais distante alguma vez observada pelo ALMA,” explica Nicolas Laporte, “a detecção de tanta poeira indica-nos também que supernovas primordiais poluíram já esta galáxia.”

A poeira cósmica é essencialmente composta por silício, carbono e alumínio, em grãos muito pequenos, com dimensões de uma milionésima parte do centímetro. Os elementos químicos destes grãos são formados no interior das estrelas e libertados para o meio quando estas morrem em espectaculares explosões de supernovas, o destino final das estrelas massivas com vidas curtas. No Universo atual estas poeiras existem em grandes quantidades, constituindo peças fundamentais na formação de estrelas, planetas e moléculas complexas; no entanto no Universo primordial — antes da primeira geração de estrelas ter morrido — a poeira era bastante escassa.

Foi possível obter observações da galáxia “poeirenta” A2744_YD4 porque este objeto se encontra por detrás de um enxame de galáxias massivo chamado Abell 2744 [2]. Devido a um fenómeno físico chamado lente gravitacional, o enxame atua como um “telescópio” cósmico gigante capaz de ampliar cerca de 1,8 vezes a galáxia mais distante A2744_YD4 e permitindo assim aos astrónomos observá-la no Universo primordial.

As observações ALMA detectaram igualmente emissão brilhante de oxigénio ionizado vinda da A2744_YD4. Trata-se da mais longínqua, e consequentemente mais antiga, detecção de oxigénio feita até à data, ultrapassando mesmo um anterior resultado do ALMA obtido em 2016.

A detecção de poeira no Universo primordial dá-nos informação importante sobre a altura em que explodiram as primeiras supernovas, o que permite determinar quando é que as primeiras estrelas quentes banhavam o Universo com a sua luz. Determinar a altura desta “madrugada cósmica” é um “santo graal” da astronomia moderna, que pode ser investigado indiretamente através do estudo da poeira interestelar primordial.

A equipa estima que a A2744_YD4 contenha uma quantidade de poeira equivalente a 6 milhões de vezes a massa do nosso Sol, enquanto a massa estelar total da galáxia — a massa de todas as estrelas contidas na galáxia — é de 2 mil milhões de vezes a massa solar. A equipa mediu também a taxa de formação estelar na A2744_YD4 e descobriu que as estrelas se estão a formar a uma taxa de 20 massas solares por ano — que podemos comparar ao valor de uma massa solar por ano na nossa Via Láctea [3].

“Apesar de não ser invulgar encontrar uma taxa de formação estelar elevada numa galáxia distante, este valor explica-nos a rapidez com que a poeira se formou na A2744_YD4,” diz Richard Ellis (ESO e University College London), um co-autor do estudo. “Este período de tempo é apenas cerca de 200 milhões de anos — ou seja, estamos a observar esta galáxia pouco depois da sua formação.”

Este facto diz-nos que formação estelar significativa começou aproximadamente 200 milhões de anos antes da época a que estamos a observar a galáxia, tratando-se por isso de uma excelente oportunidade para, com a ajuda do ALMA, estudar a época em que “se ligaram” as primeiras estrelas e galáxias — a época mais primordial observada até à data. O nosso Sol, o nosso planeta e a nossa existência são produtos — 13 mil milhões de anos mais tarde — desta primeira geração de estrelas. Ao estudar a sua formação, vida e morte, estamos na realidade a explorar a nossas origens.

“Com o ALMA poderemos obter observações mais profundas e extensas de galáxias semelhantes do Universo primordial,” diz Ellis.

E Laporte conclui: “Mais medições deste tipo dão-nos a excelente oportunidade de traçar a formação estelar primordial e a criação dos elementos químicos mais pesados no Universo primordial.”

Notas

[1] Este tempo corresponde a um desvio para o vermelho de z=8,38 ou seja, durante a época da reionização.

[2] O enxame de galáxias Abell 2744 é um objeto massivo, situado a 3,5 mil milhões de anos-luz de distância (desvio para o vermelho de 0,308)  que se pensa ser o resultado da colisão entre quatro enxames de galáxias mais pequenos. Foi-lhe dada a alcunha de Enxame de Pandora devido aos muitos fenómenos, estranhos e diferentes, que resultaram da enorme colisão durante um período de 350 milhões de anos. As galáxias correspondem a apenas 5% da massa do enxame, enquanto que a matéria escura corresponde a 75% e fornece a enorme gravitação necessária para curvar e ampliar a radiação emitida por galáxias de fundo. Pensa-se que os restantes 20% da massa total do enxame se encontrem sob a forma de gás quente.

[3] Esta taxa diz-nos que a massa total de estrelas formadas cada ano é equivalente a 20 vezes a massa do Sol.

Informações adicionais

Este trabalho foi descrito num artigo científico intitulado “Dust in the Reionization Era: ALMA Observations of a z =8.38 Gravitationally-Lensed Galaxy” de Laporte et al., que será publicado na revista da especialidade The Astrophysical Journal Letters.

A equipa é composta por N. Laporte (University College London, RU), R. S. Ellis (University College London, RU; ESO, Garching, Alemanha), F. Boone (Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP), Toulouse, França), F. E. Bauer (Pontificia Universidad Católica de Chile, Instituto de Astrofísica, Santiago, Chile), D. Quénard (Queen Mary University of London, London, RU), G. Roberts-Borsani (University College London, RU), R. Pelló (Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP), Toulouse, França), I. Pérez-Fournon (Instituto de Astrofísica de Canarias, Tenerife, Espanha; Universidad de La Laguna, Tenerife, Espanha) e A. Streblyanska (Instituto de Astrofísica de Canarias, Tenerife, Espanha; Universidad de La Laguna, Tenerife, Espanha).

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 gestão unificadas na construção, comissionamento 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 eso1708, 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.