Decifrando as galáxias compactas do universo antigo
Link para o original: Deciphering compact galaxies in the young universe
Os pontos vermelhos representam os dados observados; a maior parte deles tem formas alongadas e as galáxias maiores tendem a ter uma elipticidade maior. As regiões em cinza representam as distribuições prováveis segundo cálculos de simulações em computador. Quando duas galáxias estão muito próximas, podem parecer uma única galáxia alongada, como mostram as figuras menores nas laterais.
Imagem cortesia de Ehime University
Um grupo de pesquisadores, empregando o instrumento Suprime-Cam do Telescópio Subaru, descobriu cerca de 80 jovens galáxias que existiram no universo primordial, em torno de 1,2 bilhões de anos após o Big Bang. A equipe, que tem membros da Ehime University, Nagoya University, Tohoku University, Space Telescope Science Institute (STScI) nos EUA e do California Institute of Technology, fizeram então análises detalhadas dos dados imageados dessas galáxias obtidas pela Advanced Camera for Surveys (ACS) do Telescópio Espacial Hubble. Ao menos 54 dessas galáxias têm imagens que permitem resolução espacial nas imagens da ACS. Entre estas, 8 galáxias exibem estruturas com dois componentes e as restantes 46 parecem ter estruturas alongadas. Através de pesquisas subsequentes, empregando uma simulação em computador, o grupo descobriu que as estruturas alongadas podem ter essa aparência se forem duas ou mais galáxias bem próximas entre si.
Estes resultados são um forte indício de que, após 1,2 bilhões de anos após o Big Bang, os aglomerados de galáxias do universo jovem cresceram, para se tornarem grandes galáxias através de fusões, o que, por sua vez, provoca uma ativa formação de estrelas. Esta pesquisa foi realizada coo parte do programa do legado do Telescópio Espacial Hubble, “Cosmic Evolution Survey (COSMOS)”. A poderosa capacidade de pesquisa do Telescópio Subaru forneceu a base de dados essencial para os objetos do estudo sobre o universo primevo.
A Importância do Estudo das Galáxias Primevas
No universo atual, a 13,8 bilhões de anos após o Big Bang, existem muitas galáxias como a nossa Via Láctea, que contém cerca de 200 bilhões de estrelas em um disco com cem mil anos luz de diâmetro. Entretanto, definiitivamente não havia galáxias como ela pouco depois do Big Bang.
Essas aglomerações pré-galáticas parecem ter se formado no universo cerca de 200 milhões de anos após o Big Bang. Elas eram nuvens de gás frio, muito menores do que as atuais galáxias gigantes (cem vezes menores), com massas menores (um milhão de vezes menores). As primeiras galáxias se formaram quando as primeiras estrelas nasceram nessas aglomerações de gás. Essas pequenas aglomerações galáticas começaram, então, a se fundir com aglomerações próximas e, eventualmente, formaram as grandes galáxias.
Muito esforço tem sido dispendido nessas buscas profundas para detectar galáxias ativas com formação de estrelas no universo jovem. Como resultado, já se sabe que as galáxias mais antigas ficam a mais de 13 bilhões de anos luz. Nós as vemos em uma época em que o universo tinha somente 800 milhões de anos (ou cerca de 6% de sua idade atual). Entretanto, uma vez que a mioria das galáxias do universo jovem eram bem pequenas, não se conseguiu estudar suas estruturas em detalhes.
A Exploração do Universo Primevo com o Telescópio Espacial Hubble e o Telescópio Subaru
Enquanto o grande campo de observação do Telescópio Subaru desempenhou um papel importante em localizar essas jovens galáxias, a alta resolução espacial do Telescópio Espacial Hubble foi necessária para investigar os detalhes de seus formatos e suas estruturas internas. A equipe de pesquisas olhou para um ponto a 12,6 bilhões de anos no passado com uma abordagem por duas vias. O primeiro passo foi usar o Telescópio Subaru para uma busca profunda das galáxias primitivas e prosseguir com a investigação de seus formatos com a Advanced Camera for Surveys (ACS) a borod do Hubble. A ACS revelou que 8 das 54 galáxias tiham estruturas duplas, parecendo com a fusão de duas galáxias¹.
Então, apareceu a dúvida sobre se as outras 46 galáxias observadas eram mesmo galáxias individuais. Aqui, a equipe de pesquisa questionou quantas dessas galáxias exibiam formatos alongados nas imagens do Hubble. Isto porque tais aspectos alongados, junto com uma correlação positiva entre elipticidade² e tamanho, são um forte indício de que duas galáxias são tão próximas entre si que, com a atual resolução máxima da ACS, não se pode distinguir uma coisa de outra.
Para verificar se a ideia de galáxias próximas em um espaço apertado era viável, os pesquisadores usaram as assim chamadas simulações em computador de Monte Carlo. Primeiro, o grupo colocou duas fontes artificiais em posições aleatórias, com váris separações angulares, sobrepondo-as às imagens reais da ACS. Depois, o grupo tentou extrair as imagens com o mesmo método para as verdadeiras observações da ACS e mediu suas elipticidades e tamanhos.
A distribuição simulada bateu muito bem com os resultados observados. Ou seja, a maioria das galáxias vistas como uma fonte individual nas imagens da ACS poderiam ser mesmo duas galáxias em fusão. Entretanto, a distância entre duas galáxias em fusão é tão pequena que nem a alta resolução do Hubble consegue distinguí-las!
Se a ideia for válida para galáxias que parecem ser individuais, é possível presumir que as galáxias com as maiores taxas de atividade tenham menor tamanho. Isso é uma decorrência de que tamanhos menores implicam em uma menor separação entre duas galáxias em fusão. Se for mesmo o caso, tais galáxias estariam passando por uma intensa fase de formação de estrelas causada pela própria fusão.
Por outro lado, algumas galáxias com os menores tamanhos são pares razoavelmente separados, porém o ângulo de visada as faz parecer que são apenas uma, ou são mesmo galáxias formadoras de estrelas isoladas. Estas têm basicamente o mesmo tamanho de galáxias grandes.
A equipe confirmou que a relação observada entre atividade de formação de estrelas e tamanho é consistente com a ideia aventada pela equipe.
Até agora, os formatos e as estruturas das pequenas galáxias foram investigados com a ACS no Hubble. Se a fonte tivesse sido identificada como única pela ACS, ela foi tratada como uma única galáxia e seus parâmetros morfológicos foram avaliados. Esta pesquisa sugere que uma tal galáxia pequena pode consistir de duas (ou, talvez, mais) galáxias tão próximas que não podem ser distinguidas mesmo pela grande resolução angular da ACS.
Olhando para o Futuro pelo Estudo do Passado
As teorias correntes de formação de galáxias prediz que pequenas galáxias no universo jovem evoluíram em grandes galáxias através de fusões sucessivas. A pergunta permanece: qual será o próximo passo nos estudos e observações dobre a formação de galáxias no universo jovem? Esta é uma fronteira que precisa dos futuros “super-telescópios”, tais como o Telescópio de Trinta Metros e o Telescópio Espacial James Webb. Eles permitirão as próximas descobertas no estudo da formação das primeiras galáxias e sua evolução.
###
Notas:
1. Um tamanho médio (ou seja, o diâmetro médio do círculo que engloba metade da luz total da galáxia) de galáxias individuais é de cerca de 5,5 mil anos luz. Uma distância média entre duas pequenas galáxias será de 13.000 anos luz.
2. A elipticidade é definida como 1 – b/a, onde a e b representam os raios maior e menor de uma eslipse. No caso de um círculo, a elipticidade será igual a zero, já que a = b. Um formato mais alongado corresponde a uma maior elispticidade.
Esta semana no EurekAlert
Descoberto o primeiro planeta orbitando uma “gêmea” do Sol em um aglomerado estelar
 |
||||
|
 |
|
 |
|
|
|
|
|
|
|
 |
|
 |
|
|
||||
O Observatório Europeu do Sul (ESO), no Chile, anunciou a descoberta de três planetas no aglomerado estelar Messier 67, um dos quais orbita uma estrela “gêmea” de nosso Sol.
Embora já se saiba que exoplanetas são comuns, pouquíssimos deles foram encontrados em aglomerados estelares, o que é até um pouco estranho, se considerarmos que a maioria das estrelas nasce dentro desses aglomerados..
Anna Brucalassi (do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, na Alemanha), principal autora do estudo diz: “No aglomerado Messier 67, as estrelas são todas da mesma idade e composição de nosso Sol. Isso faz desse aglomerado um laboratório perfeito para estudar quantos planetas podem se formar em um ambiente tão populoso e se eles tendem a se formar em torno de estrelas mais ou menos massivas”.
A equipe empregou o instrumento HARPS (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher = Buscador de Planetas [por meio da medição da] Velocidade Angular de Alta Precisão), montado no telescópio de 3,6m no Observatório La Silla, cujos resultados foram cotejados com vários outros dados de observatórios pelo mundo inteiro.
O aglomerado fica a cerca de 2500 anos-luz de distância, na direção da constelação de Câncer, e contem cerca de 500 estrelas. Muitas das estrelas do aglomerado são mais tênues do que aquelas onde usualmente se procura por exoplanetas, o que levou as capacidades do HARPS ao limite. Os três planetas descobertos – dois deles orbitando estrelas similares ao Sol e um que orbita uma mais massiva que já evoluiu para o estágio de gigante vermelha – os dois primeiros tem uma massa de cerca de um terço da massa de Júpiter e orbitam sua estrela-mãe em períodos de sete e cinco dias, respectivamente. O terceiro leva 122 dias para orbitar a estrela-mãe e é mais massivo do que Júpiter.
Links
Artigo que relata a pesquisa: “Three planetary companions around M67 stars”, por A. Brucalassi et al., a ser publicado em Astronomy & Astrophysics
(pré-publicação online: – http://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso1402/eso1402a.pdf
Fotos do telescópio de 3,6m do ESO – http://www.eso.org/public/images/archive/search/?adv=&subject_name=3.6
California Institute of Technology
Himiko e a aurora do cosmo
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
  IMAGE: A composite color image of Himiko based on Hubble, Subaru, and Spitzer data. On the left is a Hubble image with the position of Himiko marked with a square. Top…Click here for more information. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Um dos mais fascinantes objetos descobertos pelo Telescópio Subaru – o telescópio de 8,2m operado pelo Observatório Astronômico Nacional do Japão, localizado no monte Mauna Kea no Hawaii – é uma “bolha espacial”, batizada de Himiko (uma lendária rainha do Japão antigo). Himiko apresenta três “bolhas” visíveis e foi identificada como uma enorme galáxia com um halo gasoso que cobre mais de 55.000 anos-luz. Himiko não só é enorme, como é muito distante e a imagem que vemos é de uma época cerca de 800 milhões de anos após o Big Bang, quando o universo tinha apenas 6% de seu tamanho atual e as estrelas e galáxias estavam apenas começando a se formar.
Em busca da resposta para como uma galáxia tão primeva poderia ter energia suficiente para aquecer uma nuvem de gás tão grande, uma equipe de astrofísicos da CalTech, da Universidade de Tóquio e do Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica combinou os resiltados de observações do Telescópio Espacial Hubble e do novo rádio-telescópio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array). E, junto com a resposta à pergunta inicial, obtiveram mais uma surpresa.
As imagens do Hubble – que detecta luz visível e utra-violeta – mostravam três aglomerados estelares que cobriam um espaço de 20.000 anos-luz cada; portanto, três galáxias típicas da época de Himiko, em processo de fusão, todas elas com intensa formação de estrelas que, somadas, equivalem a uma centena de massas solares por ano – o que é mais do que suficiente para explicar Himiko e seu halo gasoso. A tripla fusão de galáxias é, por si só, um evento raro.
A surpresa apareceu com os dados do ALMA. Embora Himiko estivesse brilhando nas faixas da luz visível e no ultra-violeta, nas faixas que o ALMA observa – submilimétrica e rádio-frequência – ela era quase apagada. Normalmente, regiões de intensa formação de estrelas criam nuvens compostas de carbono, oxigênio e silício (no jargão dos astrônomos, tudo mais massivo que hidrogênio e hélio é um “metal”) e essas nuvens quando aquecidas, reemitem a radiação ultra-violeta na faixa de rádio-frequência. Isso sugeria uma baixa “metalicidade” de Himiko.
A conclusão dos pesquisadores é que Himiko é tão antiga que é composta quase que exclusivamente por hidrogênio e hélio, elementos formados no próprio Big Bang. E antes de chegarem a esta conclusão, os cientistas tiveram que cuidadosamente descartar outras possibilidades, tais como a aparência de Himiko ser causada por um efeito tal como o de lente gravitacional ou por um gigantesco buraco negro no seu centro.
O artigo com os resultados é intitulado “An Intensely Star-Forming Galaxy at Z ~ 7 with Low Dust and Metal Content Revealed by Deep ALMA and HST Observations”, publicado na edição de 1/12/2013 do Astrophysical Journal.
