ALMA descobre a galáxia empoeirada mais distante escondida à vista de todos

Imagem rádio do ALMA que mostra a galáxia MAMBO-9. Consiste de duas partes e está no processo de fusão. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), C.M. Casey et al.; NRAO/AUI/NSF, B. Saxton

Usando o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), astrónomos avistaram a luz de uma galáxia massiva apenas 970 milhões de anos após o Big Bang. Esta galáxia, de nome MAMBO-9, é a galáxia empoeirada mais distante já observada sem a ajuda de uma lente gravitacional.  As galáxias empoeiradas que formam estrelas são os viveiros estelares mais intensos do Universo. Formam estrelas a um ritmo de até alguns milhares de vezes a massa do Sol por ano (o ritmo de formação estelar da nossa Via Láctea é de apenas três massas solares por ano) e contêm grandes quantidades de gás e poeira. 

Não se espera que estas galáxias monstruosas se tenham formado no início da história do Universo, mas os astrónomos já descobriram várias quando o Universo tinha menos de mil milhões de anos. Uma delas é a galáxia SPT0311-58, que o ALMA observou em 2018.

Devido ao seu comportamento extremo, os astrónomos pensam que estas galáxias empoeiradas desempenham um papel importante na evolução do Universo. Mas descobri-las é uma tarefa complexa. "Estas galáxias tendem a esconder-se à vista de todos," disse Caitlin Casey da Universidade do Texas em Austin e autora principal de um estudo publicado na revista The Astrophysical Journal. "Sabemos que existem por aí, mas não são fáceis de encontrar porque a luz das suas estrelas está escondida em nuvens de poeira."

A luz de MAMBO-9 já tinha sido detetada há dez anos atrás pelo coautor Manuel Aravena, usando o instrumento MAMBO (Max-Planck Millimeter BOlometer) acoplado ao telescópio IRAM de 30 metros na Espanha e o PdBI (Plateau de Bure Interferometer) na França. Mas estas observações não foram sensíveis o suficiente para revelar a distância da galáxia. "Estávamos na dúvida se era real, porque não conseguíamos encontrá-la com outros telescópios. Mas, a ser real, tinha que estar muito longe," diz Aravena, que na altura era estudante de doutoramento na Alemanha e atualmente trabalha na Universidade Diego Portales no Chile.

Impressão de artista do aspeto de MAMBO-9 no visível. A galáxia tem muita poeira e ainda terá que formar a maior parte das suas estrelas. Crédito: NRAO/AUI/NSF, B. Saxton

Graças à sensibilidade do ALMA, Casey e a sua equipa foram agora capazes de determinar a distância de MAMBO-9. "Encontrámos a galáxia num novo levantamento ALMA projetado especificamente para identificar galáxias empoeiradas que formam estrelas no Universo primitivo," disse Casey. "E o especial desta observação é que esta é a galáxia empoeirada mais distante que já vimos de maneira desobstruída. A luz de galáxias distantes é frequentemente obstruída por outras galáxias mais próximas de nós. Estas galáxias no plano da frente funcionam como lentes gravitacionais: dobram a luz da galáxia mais distante. Este efeito de lente facilita a identificação de objetos distantes por parte dos telescópios (é assim que o ALMA pôde ver a galáxia SPT0311-58). Mas também distorce a imagem do objeto, dificultando a identificação de detalhes.

Neste estudo, os astrónomos viram MAMBO-9 diretamente, sem lente, e isso permitiu-lhes medir a sua massa. "A massa total de gás e poeira na galáxia é enorme: dez vezes mais do que todas as estrelas da Via Láctea. Isto significa que ainda vai construir a maioria das suas estrelas," explicou Casey. A galáxia tem duas partes e está no processo de fusão.

Casey espera encontrar galáxias empoeiradas mais distantes no levantamento do ALMA, que fornecerá informações sobre quão comuns são, como estas galáxias massivas se formaram tão cedo no Universo e porque é que são tão empoeiradas. "Normalmente, a poeira é um subproduto da morte das estrelas," disse. "Esperamos cem vezes mais estrelas do que poeira. Mas MAMBO-9 ainda não produziu tantas estrelas e queremos descobrir como a poeira se pode formar tão rapidamente após o Big Bang."

"Observações com tecnologia nova e mais capaz podem produzir descobertas inesperadas como MAMBO-9," disse Joe Pesce, executivo da NSF para o NRAO e para o ALMA. "Embora seja um desafio explicar uma galáxia tão grande, tão cedo na história do Universo, descobertas como esta permitem que os astrónomos desenvolvam uma compreensão melhorada e coloquem cada vez mais questões sobre o Universo."

A luz de MAMBO-9 viajou cerca de 13 mil milhões de anos até alcançar as antenas do ALMA (o Universo tem aproximadamente 13,8 mil milhões de anos). Isto significa que podemos ver como a galáxia era no passado. Hoje, a galáxia provavelmente será ainda maior, contendo cem vezes mais estrelas que a Via Láctea, residindo num enorme enxame de galáxias.