ALMA observa pela primeira vez formação de galáxias no Universo primordial

Esta imagem mostra uma combinação de dados do ALMA e do Very Large Telescope. O objeto central é uma galáxia muito distante chamada BDF 3299, que está sendo observada quando o Universo tinha menos de 800 milhões de anos de idade. A nuvem brilhante vermelha logo à esquerda e abaixo da galáxia é a detecção feita pelo ALMA de uma vasta nuvem de material que se encontra a “construir” a galáxia muito jovem.Crédito:ESO/R. Maiolino

Com o auxílio do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) foram detectadas as nuvens de gás de formação estelar mais distantes observadas até hoje em galáxias normais no Universo primordial. As novas observações permitem aos astrônomos começar a ver como é que as primeiras galáxias se foram construindo e como é que limparam o nevoeiro cósmico durante a era da reionização. Esta é a primeira vez que tais galáxias são observadas com melhor detalhe do que simples manchas tênues.  Quando as primeiras galáxias se começaram a formar algumas centenas de milhões de anos depois do Big Bang, o Universo estava cheio de um nevoeiro de hidrogênio gasoso.

Mas à medida que mais e mais fontes brilhantes —  tanto estrelas como quasares alimentados por enormes buracos negros — começaram a brilhar, este nevoeiro foi desaparecendo tornando o Universo transparente à radiação ultravioleta.  Os astrônomos chamam a este período a época da reionização, no entanto pouco se sabe acerca destas primeiras galáxias e, até agora, apenas se tinham observado como manchas tênues. Estas novas observações obtidas com o poder do ALMA estão a mudar esta realidade. Uma equipe de astrônomos liderada por Roberto Maiolino (Cavendish Laboratory e Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, Reino Unido) apontou o ALMA a galáxias que se sabia estarem a ser observadas a cerca de apenas 800 milhões de anos depois do Big Bang.

Os astrônomos não estavam à procura da radiação emitida pelas estrelas, mas sim do fraco brilho do carbono ionizado emitido pelas nuvens de gás a partir das quais se formam as estrelas. A equipa pretendia estudar a interação entre uma geração de estrelas jovem e os frios nós de gás que se estavam a formar nestas primeiras galáxias. A equipe também não estava à procura de objetos raros extremamente brilhantes — tais como quasares e galáxias com elevada taxa de formação estelar — que tinham sido observados anteriormente. Em vez disso, o trabalho concentrou-se em galáxias muito mais comuns, galáxias que reionizaram o Universo e se transformaram na maior parte das galáxias que vemos hoje à nossa volta.

Vindo de uma das galáxias — chamada BDF2399 — o ALMA captou um sinal fraco mas claro de carbono brilhante. No entanto, este brilho não vinha do centro da galáxia, mas sim de um dos lados. A co-autora Andrea Ferrara (Scuola Normale Superiore, Pisa, Itália) explica a importância desta nova descoberta: “Trata-se da detecção mais distante deste tipo de emissão de uma galáxia “normal”, observada a menos de um bilhão de anos depois do Big Bang, o que nos dá a oportunidade de observar a formação das primeiras galáxias. Estamos a ver pela primeira vez galáxias primordiais não como pequenos pontos, mas como objetos com estrutura interna!”
Os astrônomos pensam que a localização deslocada do centro desta emissão deve-se ao fato das nuvens centrais estarem a ser desfeitas pelo meio inóspito criado pelas estrelas recém formadas — tanto pela sua radiação intensa como pelos efeitos de explosões de supernova — enquanto o carbono está a traçar gás frio recente que está a ser acretado do meio intergalático. Ao combinar as novas observações ALMA com simulações de computador foi possível compreender em detalhe processos chave que estão a ocorrer no seio das primeiras galáxias. Os efeitos da radiação emitida pelas estrelas, o sobreviver de nuvens moleculares, o fato da radiação ionizante se escapar e a estrutura complexa do meio interestelar podem agora ser calculados e comparados às observações. A BDF2399 é muito possivelmente um exemplo típico das galáxias responsáveis pela reionização.

“Durante muitos anos tentamos compreender o meio interestelar e a formação das fontes de reionização. Conseguir finalmente testar previsões e hipóteses em dados reais do ALMA é algo extremamente excitante e que nos abre um novo conjunto de questões. Este tipo de observação clarificará muitos dos difíceis problemas que temos tido com a formação das primeiras estrelas e galáxias no Universo,” acrescenta Andrea Ferrara.  Roberto Maiolino conclui: “Este estudo teria sido simplesmente impossível sem o ALMA, uma vez que nenhum outro instrumento consegue atingir a sensibilidade e resolução espacial necessárias.

Embora esta seja uma das observações mais profundas do ALMA realizada até agora, estamos ainda longe de atingir todas as capacidades deste telescópio. No futuro o ALMA fará imagens da estrutura fina das galáxias primordiais, mostrando em detalhe a formação das primeiras galáxias.”