Espiando através de uma lupa cósmica gigante, o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA detectou uma galáxia pequena e ténue - uma das galáxias mais distantes já observadas. O pequeno objecto está a uma distância estimada em mais de 13 mil milhões de anos-luz. Esta galáxia fornece um olhar sobre os anos mais jovens do Universo e pode ser apenas a ponta do iceberg.
O gigantesco enxame galáctico Abell 2744 é tão maciço que a sua poderosa gravidade curva a luz de galáxias ainda mais distantes, tornando estes objectos de outra forma invisíveis maiores e mais brilhantes. Crédito: NASA, J. Lotz, STScI
"Esta galáxia é um exemplo do que se suspeita ser uma população abundante e subjacente de objectos extremamente pequenos e ténues que existiam cerca de 500 milhões de anos após o Big Bang, o início do Universo," explica o líder do estudo Adi Zitrin do Instituto de Tecnologia da Califórnia em Pasadena, no estado americano da Califórnia. "A descoberta diz-nos que galáxias ténues como esta existem, e que devemos continuar à sua procura e à procura de objectos ainda mais fracos, a fim de podermos entender como as galáxias e o Universo têm evoluído ao longo do tempo. A galáxia foi detectada pelo programa Frontier Fields, um esforço ambicioso de três anos que junta o Hubble a outros grandes observatórios - o Telescópio Espacial Spitzer e o Observatório de Raios-X Chandra - para examinar o universo primordial ao estudar grandes aglomerados de galáxias. Estes enxames são tão maciços que a sua gravidade curva a luz que passa por eles, ampliando, iluminando e distorcendo objectos de fundo num fenómeno chamado lente gravitacional.
Estas lentes poderosas permitem com que os astrónomos encontrem muitas estruturas ténues e distantes que de outra forma seriam demasiado fracas para observar. A descoberta foi feita usando o poder de lente do gigantesco enxame galáctico Abell 2744, apelidado de Enxame de Pandora, que produziu três imagens ampliadas da mesma galáxia ténue. Cada imagem ampliada torna a galáxia 10 vezes maior e mais brilhante do que seria sem as qualidades de ampliação do enxame. A galáxia mede uns meros 850 anos-luz de diâmetro - 500 vezes mais pequena que a nossa Via Láctea - e tem uma massa estimada correspondente a apenas 40 milhões de sóis. A nossa Galáxia, em comparação, tem uma massa estelar de várias centenas de milhares de milhões de sóis.
E a galáxia forma aproximadamente uma estrela a cada três anos, ao passo que a Via Láctea forma aproximadamente uma estrela por ano. No entanto, tendo em conta o seu tamanho pequeno e baixa massa, Zitrin realça que a galáxia minúscula na verdade está evoluindo rapidamente e formando estrelas de modo eficiente. Os astrónomos acreditam que galáxias como esta são, provavelmente, pequenos aglomerados de matéria que começou a formar estrelas e a brilhar, mas ainda sem uma forma definida. É possível que o Hubble esteja apenas a detectar um aglomerado brilhante devido ao efeito de lente. Isto explicaria porque é que o objecto é mais pequeno que as galáxias típicas dessa época.
A equipa de Zitrin avistou a galáxia gravitacionalmente multiplicada em imagens do enxame obtidas no infravermelho próximo e no visível, capturadas pelas câmaras WFC3 (Wide Field Camera 3) e ACS (Advanced Camera for Surveys) do Hubble. Mas eles precisavam de medir quão longe estava da Terra. Normalmente, os astrónomos conseguem determinar a distância de um objecto através da sua luz "esticada" à medida que o Universo se expande lentamente. Os astrónomos conseguem medir este efeito com precisão através de espectroscopia, que caracteriza a luz de um objecto. Mas esta galáxia e outros objectos ampliados pelo efeito de lente gravitacional, encontrados neste período jovem do Universo, estão demasiado distantes e são demasiado ténues para a espectroscopia, por isso os astrónomos usam a cor de um objecto para estimar a sua distância.
A expansão do Universo torna o objecto mais avermelhado de forma previsível - que os cientistas podem medir. A equipa de Zitri aplicou a técnica de análise de cor e aproveitou as múltiplas imagens produzidas pela lente gravitacional para confirmar independentemente a estimativa de distância do grupo. Os astrónomos mediram a separação angular entre as três imagens ampliadas da galáxia nas fotos do Hubble. Quanto maior a separação angular devido ao efeito de lente, mais distante está o objecto da Terra. Para testar este conceito, os astrónomos compararam as três imagens ampliadas com as posições de outros objectos de fundo mais próximos e também multiplicados no enxame de Pandora. A distância angular entre as imagens ampliadas de galáxias mais próximas era menor.
"Estas medições sugerem que, dada a grande separação angular entre as três imagens da nossa galáxia de fundo, o objecto deve estar muito longe," explica Zitrin. "Também coincide com a estimativa de distância que calculámos, com base na técnica de análise de cor. Temos uma confiança de 95% na distância deste objecto remoto, com um 'redshift' de 10, uma medida da expansão do espaço desde o Big Bang. A lente tira qualquer dúvida de que este possa ser um objecto próximo altamente avermelhado, que se mascara como um objecto muito mais distante."
Os astrónomos debatem há muito tempo se essas galáxias iniciais podem ter fornecido radiação suficiente para aquecer o hidrogénio que arrefeceu logo após o Big Bang. Pensa-se que este processo, chamado reionização, ocorreu 200 milhões até mil milhões de anos após o nascimento do Universo. A reionização tornou o Universo transparente à luz, permitindo com que os astrónomos observassem muito atrás no tempo sem encontrarem uma "névoa" de hidrogénio frio. Os resultados da equipa foram publicados na edição online de Setembro da revista The Astrophysical Journal Letters.
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