Nota de Imprensa

Megafusões de galáxias antigas

O ALMA e o APEX descobrem enormes conglomerados de galáxias em formação no Universo primordial

25 de Abril de 2018

Os telescópios ALMA e APEX investigaram o espaço profundo — numa altura em que o Universo tinha apenas um décimo da sua idade atual — e observaram enormes amontoados cósmicos a formarem-se: as colisões iminentes de jovens galáxias com formação estelar explosiva. Os astrónomos pensavam que estes eventos teriam ocorrido cerca de 3 mil milhões de anos após o Big Bang, por isso ficaram surpreendidos quando estas novas observações revelaram estes fenómenos a acontecer quando o Universo tinha apenas metade desta idade! Pensa-se que estes sistemas antigos de galáxias estejam a construir as maiores estruturas conhecidas no Universo: os enxames de galáxias.

Com o auxílio do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) e do Atacama Pathfinder Experiment (APEX), duas equipas internacionais de cientistas, lideradas por Tim Miller da Dalhousie University no Canadá e da Yale University nos EUA e Iván Oteo da University of Edinburgh no Reino Unido, descobriram concentrações surpreendentemente densas de galáxias prestes a coalescer, originando os núcleos do que eventualmente se tornarão enormes enxames de galáxias.

Observando profundamente, a 90% da distância do Universo observável, a equipa de Miller observou um protoenxame de galáxias chamado SPT2349-56. A radiação emitida por este objeto começou a viajar até nós quando o Universo tinha apenas um décimo da sua idade atual.

As galáxias individuais que compõem este denso amontoado cósmico são galáxias com formação explosiva de estrelas e por isso a concentração de formação estelar vigorosa nesta região tão compacta torna-a de longe a região mais ativa alguma vez observada no Universo jovem. Nascem milhares de estrelas por ano neste local, em comparação com apenas uma por ano na nossa Via Láctea.

A equipa de Oteo tinha já descoberto, ao combinar observações do ALMA e do APEX, uma megafusão semelhante constituída por dez galáxias poeirentas a formar estrelas, à qual chamou “núcleo vermelho poeirento”, devido à sua cor muito vermelha.

Iván Oteo explica porque é que estes objetos são inesperados: “Pensa-se que o tempo de vida das galáxias poeirentas com formação estelar explosiva é relativamente curto, uma vez que estes objetos consomem o seu gás a uma taxa enorme. A qualquer momento, em qualquer canto do Universo, estas galáxias são geralmente uma minoria. Por isso, encontrar diversas galáxias deste tipo a brilhar ao mesmo tempo é bastante intrigante e algo que precisamos ainda de compreender.”

Estes enxames de galáxias em formação foram inicialmente descobertos como ténues manchas de luz, em observações levadas a cabo pelo South Pole Telescope e pelo Herschel Space Observatory. Observações subsequentes obtidas pelo ALMA e pelo APEX mostraram que se tratavam de estruturas invulgares e confirmaram que a sua radiação tinha origem muito mais cedo do que o esperado — apenas 1,5 mil milhões de anos após o Big Bang.

As novas observações de alta resolução do ALMA revelaram finalmente que as duas manchas brilhantes não eram objetos individuais, mas sim estruturas compostas por 14 e 10 galáxias individuais de grande massa, respectivamente, cada uma dentro de um raio comparável à distância entre a Via Láctea e as vizinhas Nuvens de Magalhães.

“Estas descobertas feitas pelo ALMA são apenas a ponta do iceberg. Observações adicionais obtidas com o telescópio APEX mostram que o número real de galáxias com formação estelar é provavelmente três vezes maior. Estão atualmente a decorrer observações com o instrumento MUSE montado no VLT do ESO, que estão efetivamente a identificar galáxias adicionais,” comenta Carlos de Breuck, astrónomo no ESO.

Atuais modelos teóricos e de computador sugerem que protoenxames tão massivos como estes deveriam levar muito mais tempo a desenvolverem-se. Utilizando os dados ALMA, com muito mais resolução e sensibilidade, como entrada em sofisticadas simulações de computador, os investigadores podem estudar a formação de enxames a ocorrer a menos de 1,5 mil milhões de anos após o Big Bang.

“Como é que este amontoado de galáxias se tornou tão grande em tão pouco tempo é ainda um mistério, uma vez que claramente não foi sendo construído gradualmente ao longo de milhares de milhões de anos como os astrónomos pensavam. Esta descoberta dá-nos a tremenda oportunidade de estudar como é que galáxias massivas se juntaram para formar enormes enxames de galáxias,” diz Tim Miller, candidato a doutoramento na Universidade de Yale e autor principal de um dos artigos científicos que descreve estes resultados.

Informações adicionais

Este trabalho foi descrito em dois artigos científicos: “The Formation of a Massive Galaxy Cluster Core at z = 4.3”, de T. Miller et al., que será publicado na revista Nature; e “An Extreme Proto-cluster of Luminous Dusty Starbursts in the Early Universe”, de I. Oteo et al., que foi publicado na revista da especialidade Astrophysical Journal.

A equipa de Miller é composta por: T. B. Miller (Dalhousie University, Halifax, Canadá; Yale University, New Haven, Connecticut, EUA), S. C. Chapman (Dalhousie University, Halifax, Canadá; Institute of Astronomy, Cambridge, RU), M. Aravena (Universidad Diego Portales, Santiago, Chile), M. L. N. Ashby (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, EUA), C. C. Hayward (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, EUA; Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute, New York, New York, EUA), J. D. Vieira (University of Illinois, Urbana, Illinois, EUA), A. Weiß (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Alemanha), A. Babul (University of Victoria, Victoria, Canadá), M. Béthermin (Aix-Marseille Université, CNRS, LAM, Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, Marseille, França), C. M. Bradford (California Institute of Technology, Pasadena, California, EUA; Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, California, EUA), M. Brodwin (University of Missouri, Kansas City, Missouri, EUA), J. E. Carlstrom (University of Chicago, Chicago, Illinois, EUA), Chian-Chou Chen (ESO, Garching, Alemanha), D. J. M. Cunningham (Dalhousie University, Halifax, Canadá; Saint Mary’s University, Halifax, Nova Scotia, Canadá), C. De Breuck (ESO, Garching, Alemanha), A. H. Gonzalez (University of Florida, Gainesville, Florida, EUA), T. R. Greve (University College London, Gower Street, London, RU), Y. Hezaveh (Stanford University, Stanford, California, EUA), K. Lacaille (Dalhousie University, Halifax, Canadá; McMaster University, Hamilton, Canadá), K. C. Litke (Steward Observatory, University of Arizona, Tucson, Arizona, EUA), J. Ma (University of Florida, Gainesville, Florida, EUA), M. Malkan (University of California, Los Angeles, California, EUA) , D. P. Marrone (Steward Observatory, University of Arizona, Tucson, Arizona, EUA), W. Morningstar (Stanford University, Stanford, California, EUA), E. J. Murphy (National Radio Astronomy Observatory, Charlottesville, Virginia, EUA), D. Narayanan (University of Florida, Gainesville, Florida, EUA), E. Pass (Dalhousie University, Halifax, Canadá), University of Waterloo, Waterloo, Canadá), R. Perry (Dalhousie University, Halifax, Canadá), K. A. Phadke (University of Illinois, Urbana, Illinois, EUA), K. M. Rotermund (Dalhousie University, Halifax, Canadá), J. Simpson (University of Edinburgh, Royal Observatory, Blackford Hill, Edinburgh; Durham University, Durham, RU), J. S. Spilker (Steward Observatory, University of Arizona, Tucson, Arizona, EUA), J. Sreevani (University of Illinois, Urbana, Illinois, EUA), A. A. Stark (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, EUA), M. L. Strandet (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Alemanha) e A. L. Strom (Observatories of The Carnegie Institution for Science, Pasadena, California, EUA).

A equipa de Oteo é composta por: I. Oteo (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, RU; ESO, Garching, Alemanha), R. J. Ivison (ESO, Garching, Alemanha; Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, RU), L. Dunne (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, RU; Cardiff University, Cardiff, RU), A. Manilla-Robles (ESO, Garching, Alemanha; University of Canterbury, Christchurch, Nova Zelândia), S. Maddox (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, RU; Cardiff University, Cardiff, RU), A. J. R. Lewis (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, RU), G. de Zotti (INAF-Osservatorio Astronomico di Padova, Padova, Itália), M. Bremer (University of Bristol, Tyndall Avenue, Bristol, RU), D. L. Clements (Imperial College, London, RU), A. Cooray (University of California, Irvine, California, EUA), H. Dannerbauer (Instituto de Astrofísica de Canarias, La Laguna, Tenerife, Espanha; Universidad de La Laguna, Dpto. Astrofísica, La Laguna, Tenerife, Espanha), S. Eales (Cardiff University, Cardiff, RU), J. Greenslade (Imperial College, London, RU), A. Omont (CNRS, Institut d’Astrophysique de Paris, Paris, França; UPMC Univ. Paris 06, Paris, França), I. Perez–Fournón (University of California, Irvine, California, EUA; Instituto de Astrofísica de Canarias, La Laguna, Tenerife, Espanha), D. Riechers (Cornell University, Space Sciences Building, Ithaca, New York, EUA), D. Scott (University of British Columbia, Vancouver, Canadá), P. van der Werf (Observatório de Leiden, Universidade de Leiden, Leiden, Holanda), A. Weiß (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Alemanha) e Z-Y. Zhang (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, RU; ESO, Garching, Alemanha).

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 tem 15 Estados Membros: Alemanha, Áustria, Bélgica, Dinamarca, Espanha, Finlândia, França, Holanda, Itália, Polónia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suécia e Suíça, para além do país de acolhimento, o Chile, e a Austrália, um parceiro estratégico. 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 e o Interferómetro do Very Large Telescope, o observatório astronómico óptico mais avançado do mundo, para além de dois telescópios de rastreio: o VISTA, que trabalha no infravermelho, e o VLT Survey Telescope, concebido exclusivamente para mapear os céus no visível. O ESO é também um parceiro principal em duas infraestruturas situadas no Chajnantor, o APEX e o ALMA, o maior projeto astronómico que existe atualmente. E no Cerro Armazones, próximo do Paranal, o ESO está a construir o Extremely Large Telescope (ELT) de 39 metros, que será “o maior olho do mundo virado para o céu”.

Links

• Artigo científico (Miller et al.)
• Artigo científico (Oteo et al.)
• Fotografias do APEX
• Fotografias do ALMA

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Este texto é a tradução da Nota de Imprensa do ESO eso1812, 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.