O universo antigo produzia mais estrelas do que se pensava


University of Chicago

“Ruidos” nos dados levam à surpreendente descoberta de um nascedouro de estrelas

 IMAGEM: Isto é uma concepção artística de uma das fontes descobertas pelo Telescópio do Polo Sul, com base em informações do ALMA e do Telescópio Espacial Hubble.

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Por — Steve Koppes and Marcus Woo

Quando uma leva de brilhantes objetos cósmicos apareceu pela primeira vez nos mapas feitos com dados obtidos pelo Telescópio do Polo Sul, os astrônomos do Instituto Kavli de Física Cosmológica da Universidade de Chicago viram isto apenas como um aborrecimento inevitável.

As fontes luminosas interferiam com os esforços para medir com maior precisão o fundo cósmico de micro-ondas — o brilho remanescente do big bang. No entanto, os astrônomos logo perceberam que tinham feito uma rara descoberta na varredura ampla dos céus feita pelo Telescópio do Polo Sul. Os espectros de alguns dos objetos brilhante – o arco-íris de luz que eles emitem – eram inconsistentes com o que os astrônomos esperavam de uma população de rádio-galáxias bem conhecida.

Pelo contrário, os objetos pareciam ser galáxias cheias de poeira e com uma alta taxa de formação de estrelas. Esse tipo de galáxia deveria ser facilmente identificável nas varreduras dos céus na faixa infravermelha, só que não havia coisa alguma conhecida que correspondesse ao que o Telescópio do Polo Sul tinha descoberto. Eles tinham que estar extremamente distantes para escaparem da detecção do infravermelho e, portanto, tinham que ser extremamente luminosos. Intrigados, os astrônomos realizaram um imageamento detalhado do local indicado com o novo Telescópio ALMA (Atacama Large Millimeter Array) no Deserto de Atacama, no Chile. Estas observações mostraram que as galáxias poeirentas estavam prenhes de estrelas em formação muito antes do que se previa na história do cosmo.

 IMAGEM: A luz emitida por uma galáxia distante é defletida pela gravidade de uma galáxia mais próxima, conforme previsto na Teoria da Relatividade Geral de Einstein.

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Joaquin Vieira, atualmente um doutor do California Institute of Technology, encabeça uma equipe que relata a descoberta na edição de 14 de março da Nature e em dois outros artigos que serão publicados no Astrophysical Journal.

“Nós mal podíamos esperar o ALMA ficar pronto para que pudéssemos realizar essas observações”, relata Vieira, com mestrado em 2005 e PhD em 2009, que baseou sua pesquisa de doutorado na UChicago na descoberta de fontes extra-galáticas. “As fontes que descobrimos com o Telescópio do Polo Sul ficavam tão distantes no céu do Sul que nenhum telescópio no Hemisfério Norte as podia observar. Nós temos o raro privilégio de estarmos entre os primeiros astrônomos a usarem o ALMA.”

Vieira tem trabalhado com o Telescópio do Polo sul desde o início, tendo ajudado a construir o telescópio e sua câmera, diz John Carlstrom, Professor de Serviços Distinguidos S. Chandrasekhar em Astronomia e Astrofísica na UChicago. “Ele esteve envolvido desde o chão, ou do gelo para ser mais preciso”, diz Carlstrom, que chefia a colaboração do TPS e é um co-autor do artigo na Nature.

 IMAGEM: Esta foto do prato de 10 metros do Telescópio do Polo Sul foi tirada em janeiro de 2013, logo depois da instalação de seu escudo extendido.

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Uma produção prodigiosa de estrelas

As galáxias starburst produzem estrelas a uma taxa prodigiosa, criando o equivalente a um milhar de novos sóis anualmente. Vieira e seus colegas descobriram starbursts que estavam parindo estrelas quando o universo tinha apenas um bilhão de anos de idade. Antes disto, os astrônomos duvidavam que as galáxias pudessem formar novas estrelas tão cedo na história do universo.

Brilhando com a energia de um trilhão de sóis (ou mais), essas galáxias recém-descobertas são vistas como eram mais ou menos há 12 bilhões de anos, mostrando uma “foto de infância” das galáxias mais maciças nas vizinhanças cósmicas da Terra atualmente. “Quanto mais distante for a galáxia, mais se está olhando para o passado, de forma que, ao medir suas distâncias, nós podemos alinhavar uma linha de tempo sobre o quão vigorosamente o universo vem fazendo novas estrelas nos diferentes estágios de sua existência de 13,7 bilhões de anos”, explica Vieira.

Os astrônomos descobriram dúzias dessas galáxias com o Telescópio do Polo Sul, um prato de 10 metros na Antártica que varre o céu na faixa de comprimento de onda milimétrico (situada entre as faixas de rádio e infravermelho do espectro eletromagnético). Então a equipe deu uma olhada mais detalhada, usando o ALMA no Chile. “Essas não são galáxias normais”, diz Vieira. “Elas formavam estrelas a uma taxa extraordinária quando o universo ainda era muito jovem — nós ficamos muito surpresos em encontrar galáxias assim tão cedo na história do universo”.

As novas observações representam alguns dos mais significativos resultados científicos do ALMA até agora. Vieira afirmou que “Não poderíamos ter feito isto sem a combinação do TPS e do ALMA”, acrescentando que “O ALMA é tão sensível que vai mudar nossa visão do universo de várias maneiras diferentes”.

Os  astrônomos usaram somente 16 dos 66 pratos que eventualmente comporão o ALMA, que é o mais poderoso telescópio que funciona nos comprimentos de onda milimétrico e sub-milimétrico. O ALMA começou a operar no ano passado.

Análise dos dados do ALMA

A análise dos dados do ALMA mostraram que mais de 30% das novas galáxias começaram a existir a apenas um bilhão de anos depois do big bang. Só nove dessas galáxias eram anteriormente conhecidas – o número dessas galáxias quase que dobrou, dando novos dados valiosos que auxiliarão outros pesquisadores a limitar e refinar modelos de computador de formação de estrelas e galáxias no universo primitivo.

A equipe de Vieira estabelece a distância dessas poeirentas galáxias starburst a partir das emissões de seus gases e da própria poeira. Antes, os astrônomos tinham que depender de uma complicada combinação de observações indiretas ópticas e de rádio, precisando de muitos telescópios para estudar as galáxias. Porém a sensibilidade sem precedentes do ALMA e sua capacidade de medir os espectros permitiu aos astrônomos fazer suas observações e analisá-las em um único passo. Como resultado, as novas distâncias são mais confiáveis e representam a melhor amostra, até agora, dessa população de galáxias primitivas.

As propriedades exclusivas desses objetos também ajudou nas medições. Primeiro, as galáxias observadas por acaso estavam sob o efeito de lentes gravitacionais — um fenômeno previsto por Einstein, no qual uma galáxia mais próxima encurva a luz de uma galáxia mais ao fundo, como uma lente de aumento. Esse efeito de lente faz com que as galáxias mais ao fundo pareçam mais brilhantes, o que reduz o tempo necessário para observá-las com um telescópio umas 100 vezes.

Segundo, os astrônomos tiraram vantagem de uma característica fortuita dos espectros dessas galáxias. Normalmente, galáxias mais distantes aparecem mais esmaecidas. Mas acontece que o universo em expansão desvia os espectros de emissão de uma maneira tal que a luz que recebemos na faixa milimétrica não é atenuada para fontes que estejam mais distantes de nós. Consequentemente, as galáxias aparecem, nessas faixas de comprimento de onda, com o mesmo brilho, não importa a distância.

Os novos resultados representam aproximadamente um quarto do número total de fontes que Vieira e seus colegas descobriram com o Telescópio do Polo Sul. Eles preveem encontrar ainda mais dessas galáxias starbust poeirentas e esperam que algumas sejam de épocas ainda mais antigas do universo, à medida em que continuam analisando seus dados.

 

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Nota do tradutor: eu escolhi este press-release entre vários outros que relatam a mesma descoberta. Essencialmente, todos contém as declarações de Vieira e cada instituição “puxa a brasa para sua sardinha”, como faz a UChicago ao descrever os títulos de Vieira neste aqui.

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Discussão - 1 comentário

  1. […] eu publiquei o post O universo antigo produzia mais estrelas do que se pensava, eu tive que escolher entre vários press-releases sobre o mesmo assunto. Eu traduzi o da […]

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