Nota de Imprensa

ALMA e VLT descobrem estrelas a formarem-se apenas 250 milhões de anos após o Big Bang

16 de Maio de 2018

Com o auxílio do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) e do Very Large Telescope do ESO (VLT), os astrónomos determinaram que a formação estelar na galáxia muito longínqua MACS1149-JD1 começou numa altura surpreendentemente precoce, apenas 250 milhões de anos após o Big Bang. Esta descoberta corresponde igualmente ao oxigénio mais distante alguma vez encontrado no Universo e à galáxia mais distante observada pelo ALMA ou pelo VLT até a data. Estes resultados serão publicados na revista Nature a 17 de Maio de 2018.

Uma equipa internacional de astrónomos utilizou o ALMA para observar uma galáxia distante chamada MACS1149-JD1. A equipa detectou nesta galáxia um brilho muito ténue emitido por oxigénio ionizado. Como esta radiação infravermelha viajou através do espaço, a expansão do Universo “esticou-a” de tal modo que o seu comprimento de onda era, quando chegou à Terra e foi detectada pela ALMA, cerca de dez vezes maior do que quando foi emitida pela galáxia. A equipa inferiu que o sinal tinha sido emitido há 13,3 mil milhões de anos atrás (ou 500 milhões de anos após o Big Bang), o que faz deste oxigénio o mais distante alguma vez detectado por um telescópio [1]. A presença de oxigénio é um sinal claro de que devem ter havido gerações anteriores de estrelas nesta galáxia.

“Fiquei muito entusiasmado ao ver sinais de oxigénio distante nos dados ALMA,” diz Takuya Hashimoto, autor principal do novo artigo científico que descreve estes resultados e investigador na Universidade Sangyo em Osaka e no Observatório Astronómico Nacional do Japão. “Esta deteção faz avançar ainda mais as fronteiras do Universo observável.”

Para além do brilho do oxigénio capturado pelo ALMA, um sinal ainda mais fraco de emissão de hidrogénio foi igualmente detectado pelo Very Large Telescope do ESO (VLT). A distância à galáxia determinada a partir desta observação é consistente com a distância determinada a partir da observação de oxigénio, o que faz com que a MACS1149-JD1 seja a galáxia mais distante observada, com uma medição de distância precisa, e a galáxia mais distante alguma vez observada pelo ALMA ou pelo VLT.

“Estamos a ver esta galáxia quando o Universo tinha apenas 500 milhões de anos de idade e, no entanto, este objeto apresenta já uma população de estrelas bastante madura,” explica Nicolas Laporte, investigador na University College London (UCL) no Reino Unido e segundo autor do novo artigo. “Podemos portanto usar esta galáxia para investigar um período ainda mais precoce, e completamente desconhecido, da história cósmica.”

Durante um período após o Big Bang não havia oxigénio no Universo, já que este elemento foi criado através de processos de fusão nas primeiras estrelas e libertado para o espaço quando estas estrelas morreram. A deteção de oxigénio na MACS1149-JD1 indica que gerações anteriores de estrelas já se tinham formado e expelido oxigénio apenas 500 milhões de anos após o início do Universo.

Mas quando é que esta formação estelar anterior terá ocorrido? Para o descobrir, a equipa reconstruiu a história precoce da MACS1149-JD1 usando dados infravermelhos obtidos pelos Telescópios Espaciais Hubble da NASA/ESA e Spitzer da NASA. Os investigadores descobriram que o brilho observado da galáxia pode ser explicado por um modelo onde o início da formação estelar ocorreu apenas 250 milhões de anos após o início do Universo [2].

A maturidade das estrelas observadas na MACS1149-JD1 levanta a questão de quando é que as primeiras galáxias emergiram da escuridão total, uma época à qual os astrónomos chamam “madrugada cósmica”. Ao estabelecer a idade da MACS1149-JD1, a equipa demonstrou realmente que as galáxias existiram mais cedo do que as que podemos detectar atualmente de forma direta.

Richard Ellis, astrónomo senior da UCL e co-autor do artigo conclui: “Determinar quando é que a madrugada cósmica ocorreu é semelhante na cosmologia e formação de galáxias a descobrir o Santo Graal. Com estas novas observações da MACS1149-JD1, aproximamo-nos de poder testemunhar de forma direta o nascimento da luz das estrelas! Uma vez que todos nós somos feitos de material estelar processado, o que isto significa é que nos aproximamos efetivamente de descobrir as nossas próprias origens cósmicas.”

Notas

[1] O ALMA bateu o recorde da deteção do oxigénio mais distante por diversas vezes. Em 2016, Akio Inoue da Universidade Sangyo em Osaka e colegas usaram o ALMA para descobrir um sinal de oxigénio emitido há 13,1 mil milhões de anos atrás. Vários meses depois, Nicolas Laporte da University College London usou o ALMA para detectar oxigénio emitido há 13,2 mil milhões de anos atrás. Agora, estas duas equipas combinaram esforços e atingiram um novo recorde, o qual corresponde a um desvio para o vermelho de 9,1.

[2] Isto corresponde a um desvio para o vermelho de cerca de 15.

Informações adicionais

Estes resultados foram descritos num artigo intitulado “The onset of star formation 250 million years after the Big Bang”, de T. Hashimoto et al., que será publicado na revista Nature a 17 de Maio de 2018.

Os membros da equipa de investigação são: Takuya Hashimoto (Universidade Sangyo, Osaka/Observatório Astronómico Nacional do Japão, Japão), Nicolas Laporte (University College London, Reino Unido), Ken Mawatari (Universidade Sangyo, Osaka, Japão), Richard S. Ellis (University College London, Reino Unido), Akio. K. Inoue (Universidade Sangyo, Osaka, Japão), Erik Zackrisson (Universidade Uppsala, Suécia), Guido Roberts-Borsani (University College London, Reino Unido), Wei Zheng (Johns Hopkins University, Baltimore, Maryland, EUA), Yoichi Tamura (Universidade Nagoya, Japão), Franz E. Bauer (Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile), Thomas Fletcher (University College London, Reino Unido), Yuichi Harikane (Universidade de Tóquio, Japão), Bunyo Hatsukade (Universidade de Tóquio, Japão), Natsuki H. Hayatsu (Universidade de Tóquio, Japão; ESO, Garching, Alemanha), Yuichi Matsuda (Observatório Astronómico Nacional do Japão/SOKENDAI, Japão), Hiroshi Matsuo (Observatório Astronómico Nacional do Japão/SOKENDAI, Japão, Sapporo, Japão), Takashi Okamoto (Universidade Hokkaido, Sapporo, Japão), Masami Ouchi (Universidade de Tóquio, Japão), Roser Pelló (Université de Toulouse, França), Claes-Erik Rydberg (Universität Heidelberg, Alemanha), Ikkoh Shimizu (Universidade Osaka, Japão), Yoshiaki Taniguchi (Universidade Aberta do Japão, Chiba, Japão), Hideki Umehata (Universidade de Tóquio, Japão) e Naoki Yoshida (Universidade de Tóquio, Japão).

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 na Nature
• Fotografias do VLT
• Fotografias do ALMA

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Este texto é a tradução da Nota de Imprensa do ESO eso1815, 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.