Uma equipe de pesquisadores que passou anos em busca dos primeiros objetos no universo agora relata a detecção do que pode ser a galáxia mais distante já encontrada. Adi Zitrin, Acadêmico em Astronomia do Pós-Doutorado Hubble, da Nasa, e Richard Ellis, professor de astrofísica da University College, em Londres, descreveram evidências de uma galáxia chamada EGS8p7 que tem mais de 13,2 bilhões de anos de idade – o universo tem cerca de 13,8 bilhões de anos. No início deste ano, EGS8p7 tinha sido identificada como um candidato para uma investigação mais aprofundada com base em dados coletados pelo Telescópio Espacial Hubble e o Telescópio Espacial Spitzer.
Usando o espectrômetro multi-objeto para a exploração de infravermelhos (MOSFIRE, da sigla em inglês) no Observatório W. M. Keck, no Havaí, os pesquisadores realizaram uma análise espectrográfica da galáxia para determinar o seu desvio para o vermelho (ou redshift, em inglês). O desvio para o vermelho é resultado do efeito Doppler, o mesmo fenômeno que faz com que a sirene de um caminhão de bombeiros abaixe de tom quando o caminhão passa. Com objetos celestes, no entanto, é a luz que está sendo “esticada” ao invés do som; em vez de uma queda no tom audível, há uma mudança da cor real de comprimentos de onda para tons mais avermelhados.
A linha Lyman-alfa
Este fenômeno é tradicionalmente usado para medir a distância de galáxias, mas é difícil determinar quando se olha para os mais distantes – e, portanto, mais antigos – objetos do universo. mediatamente após o Big Bang, o universo era uma sopa de partículas carregadas – eléctrons e prótons – e luz (fótons). Como esses fótons foram espalhados por elétrons livres, o início do universo não podia transmitir luz. Cerca de 380 mil anos depois do Big Bang, o universo tinha esfriado o suficiente para que os elétrons e prótons livres se combinassem em átomos de hidrogênio neutro que enchiam o universo, permitindo que a luz viajasse através do cosmos. Então, quando o universo tinha apenas meio bilhão a um bilhão de anos de idade, as primeiras galáxias ativaram e reionizaram o gás neutro. O universo continua sendo ionizado hoje.
Antes da reionização, no entanto, as nuvens de átomos de hidrogênio neutro teriam absorvido certa radiação emitida pelas jovens e recém-formadas galáxias – incluindo a chamada linha Lyman-alfa, a assinatura espectral de hidrogênio gasoso aquecido por emissão ultravioleta de novas estrelas, e um indicador de formação de estrelas comumente usado. Por causa desta absorção, não deveria, em teoria, ter sido possível observar uma linha Lyman-alfa de EGS8p7. “Se você olhar para as galáxias no início do universo, há uma grande quantidade de hidrogênio neutro que não é transparente para essa emissão”, diz Zitrin em entrevista ao site Science20. “Espera-se que a maior parte da radiação que vem desta galáxia seria absorvida pelo hidrogênio no espaço intermédio. No entanto, ainda vemos Lyman-alfa desta galáxia”.
Descoberta surpreendente
Esta característica foi detectada usando o espectrômetro MOSFIRE, que capta as assinaturas químicas de tudo, de estrelas até galáxias distantes, em comprimentos de onda próximos do infravermelho (0.97 a 2.45 mícrons, ou milionésimos de metro). “O aspecto surpreendente sobre a presente descoberta é que detectamos esta linha Lyman-alfa em uma galáxia aparentemente fraca em um redshift de 8,68, o que corresponde a um momento em que o universo deveria estar cheio de nuvens de absorção de hidrogênio”, aponta Ellis. Antes da sua descoberta, a galáxia mais distante já detectada tinha um redshift de 7.73. Uma possível razão para o objeto poder ser visível apesar das nuvens de absorção de hidrogênio é que a reionização do hidrogênio não ocorreu de maneira uniforme.
“Evidências de várias observações indicam que o processo de reionização provavelmente é irregular”, explica Zitrin. “Alguns objetos são tão brilhantes que formam uma bolha de hidrogênio ionizado. Mas o processo não é coerente em todas as direções”. A galáxia que temos observado, EGS8p7, que é extraordinariamente luminosa, pode ser alimentada por uma população de estrelas excepcionalmente quentes e pode ter propriedades especiais que lhe permitiram criar uma grande bolha de hidrogênio ionizado muito mais cedo do que é possível para galáxias mais típicas nestas épocas”, sugere Sirio Belli, um estudante de graduação do Instituto de Tecnologia da Califórnia que trabalhou no projeto.
Zitin conta que, atualmente, ele e sua equipe estão calculando mais atentamente as chances exatas de encontrar esta galáxia e ver esta emissão que vem dela, para entender se precisam rever o cronograma da reionização, que é uma das principais questões-chave a serem respondidas em nossa compreensão da evolução do universo.
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