Astrofísicos do Caltech dizem ter detectado a galáxia mais antiga e distante já registrada. Ela tem 13,2 bilhões de anos de idade – cerca de meio bilhão a menos do que o universo em si – e a descoberta pode mudar o que astrofísicos sabem sobre o início da história do universo.
Adi Zitrin e Richard Ellis detectaram a galáxia EGS8p7 pela primeira vez com o Telescópio Espacial Hubble e com o Telescópio Espacial Spitzer, e com base nessas observações iniciais, eles decidiram que valia a pena ver mais de perto. Para aprender mais sobre a EGS8p7, eles precisavam de instrumentos diferentes, então eles usaram também o espectrômetro MOSFIRE no Observatório Keck no Havaí.
Análise espectrográfica é uma forma de olhar em um espectro inteiro de radiação eletromagnética emitida por um objeto. Nesse caso, eles queriam saber qual era o desvio para o vermelho da galáxia. Quando um objeto no espaço se afasta de nós, as ondas de luz são esticadas. Ondas mais longas aparecem em vermelho, então o espectro dos objetos mais distantes vai ser deslocado para o vermelho. Isso é chamado de desvio para o vermelho, e astrofísicos usam isso frequentemente para medir distância e idade de galáxias.
A EGS8p7 tem um desvio para o vermelho de 8.68. Antes da sua descoberta, a galáxia mais velha e distante conhecida tinha um desvio para o vermelho de 7.73. Mas a distância e a idade não são as únicas coisas notáveis sobre a EGS8p7.
Assinatura inesperada
Zitrin, Ellis e seus colegas se surpreenderam com o que viram no espectro da EGS9p7. Gás hidrogênio quente, aquecido pela emissão ultravioleta de novas estrelas, produz um espectro cuja assinatura é conhecida como linha de Lyman-alfa. Quando astrofísicos encontram uma linha de Lyman-alfa, normalmente isso significa que há formação de estrelas em uma galáxia recém-nascida. Isso fazia sentido para a EGS8p7, mas há 13,2 bilhões de anos sua linha de Lyman-alfa deveria ter sido absorvida pelas nuvens de gás hidrogênio.
“O aspecto surpreendente sobre essa descoberta é que detectamos essa linha de Lyman-alfa em uma galáxia aparentemente fraca com um desvio para o vermelho de 8,68, correspondente ao tempo em que o universo deveria estar cheio de nuvens de absorção de hidrogênio,” diz Ellis. Acontece que essa assinatura espectrográfica fora de lugar da EGS8p7 pode ter dado uma ideia do que aconteceu no começo da história do nosso universo. Os pesquisadores publicaram a descoberta no Astrophysical Journal Letters.
Nuvens no universo antigo
Logo após o Big Bang, a matéria existia apenas como partículas carregadas – prótons e elétrons – porque o universo ainda estava quente demais para as partículas se juntarem e formarem átomos. Após cerca de 380.000 anos, de acordo com astrofísicos, o universo resfriou o suficiente para que os elétrons e prótons livres se juntassem e formassem átomos de hidrogênio neutros, sem carga positiva nem negativa. Graças à gravidade, esses átomos começaram a se condensar e formar enormes nuvens de gás que absorviam a radiação no comprimento de onda emitido por jovens galáxias, incluindo a linha de Lyman-alfa. Foi aí que a EGS8p7 nasceu.
“Se você olhar para as galáxias no universo antigo, tem muito hidrogênio neutro que não é transparente para essa emissão,” diz Zitrin. “Esperávamos que a maior parte da radiação dessa galáxia seria absorvida pelo hidrogênio no espaço intermediário. No entanto, ainda vemos a linha de Lyman-alfa dessa galáxia.”
Então por que a assinatura espectrográfica da EGS8p7 aparece quando nossos modelos atuais do universo antigo dizem que ela não deveria?
Ionizando o universo
Quando as primeiras galáxias de formaram – incluindo aí a EGS8p7 – entre meio bilhão e um bilhão de anos após o Big Bang, a radiação que elas emitiam varreu as nuvens de hidrogênio e ionizou, ou carregou, o gás tanto ao adicionar elétrons como por removê-los. O hidrogênio ionizado absorve comprimentos de onda de radiação diferentes daqueles absorvidos pelo hidrogênio neutro, então após cerca de 1 bilhão de anos, as galáxias tinham uma linha de Lyman-alfa visível novamente.
Pesquisadores dizem que a reionização não aconteceu de maneira uniforme e simultânea ao redor de todo o universo. Quando a EGS8p7 foi formada, as emissões da galáxia deviam ser quentes e brilhantes o suficiente para ionizar nuvens de hidrogênio ao seu redor, possibilitando que a radiação da linha de Lyman-alfa continuasse. Isso pode ter acontecido por que a EGS8p7 é especial, como um floco de neve gigante galático.
“A galáxia que observamos, EGS8p7, que é iluminada de forma incomum, pode ter uma população de estrelas quentes, e ela mesmo pode ter propriedades especiais que possibilitaram a criação de uma grande bolha de hidrogênio ionizado muito antes disso ser possível em galáxias da época”, explicou o estudante da Caltech sirio Belli, que esteve envolvido no projeto.
Zitrin e Ellis agora dizem star reexaminando a linha do tempo da reionização com base no que aprenderam com EGS8p7. A longo prazo, isso pode nos ajudar a entender a evolução dos primórdios do nosso universo.
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