1228: Jovem galáxia contém evidências de que as primeiras galáxias podem ser maiores e mais complexas do que pensávamos

CIÊNCIA/ASTRONOMIA/ASTROFÍSICA

A1689-zD1 é uma galáxia formadora de estrelas localizada na direcção da constelação de Virgem. Foi observada pela primeira vez graças à lente gravitacional da galáxia Abell 1689, que fez com que a jovem galáxia aparecesse nove vezes mais luminosa. Novas observações feitas usando o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) estão a revelar aos cientistas que a jovem galáxia, e outras como ela, podem ser maiores e mais complexas do que se pensava originalmente.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/H. Akins (Grinnell College), B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

Cientistas usaram o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) para observar uma quantidade significativa de gás frio e neutro nas regiões exteriores da jovem galáxia A1689-zD1, bem como fluxos de gás quente provenientes do centro da galáxia.

Estes resultados podem lançar luz sobre uma fase crítica da evolução galáctica para as primeiras galáxias, onde as jovens galáxias começam a transformação para serem cada vez mais como as suas primas mais recentes e mais estruturadas.

As observações foram apresentadas numa conferência de imprensa na 240.ª reunião da Sociedade Astronómica Americana em Pasadena, no estado norte-americano da Califórnia. Serão publicadas numa próxima edição da revista The Astrophysical Journal.

A1689-zD1 – uma galáxia jovem, activa e formadora de estrelas ligeiramente menos luminosa e menos massiva do que a Via Láctea – está localizada a cerca de 13 mil milhões de anos-luz da Terra na direcção da constelação de Virgem. Foi descoberta escondida por trás do enxame galáctico Abell 1689 em 2007 e confirmada em 2015 graças a lentes gravitacionais, que ampliou o brilho da jovem galáxia mais de 9 vezes.

Desde então, os cientistas têm continuado a estudar a galáxia como uma possível análoga para a evolução de outras galáxias “normais”. Esse rótulo – normal – é uma distinção importante que ajudou os investigadores a dividir os comportamentos e características de A1689-zD1 em dois grupos: típicos e invulgares, com as características invulgares a imitarem as de galáxias mais recentes e mais massivas.

“A1689-zD1 está localizada no Universo inicial – apenas 700 milhões de anos após o Big Bang. Esta é a era em que as galáxias estavam apenas a começar a formar-se,” disse Hollis Akins, estudante universitário de astronomia em Grinnell College e autor principal da investigação.

“O que vemos nestas observações são evidências de processos que podem contribuir para a evolução daquilo a que chamamos galáxias normais, em oposição às galáxias massivas. Mais importante ainda, estes processos são processos que não pensávamos anteriormente aplicáveis a estas galáxias normais.”

Um destes processos invulgares é a produção e distribuição, na galáxia, do combustível para a formação estelar, potencialmente em grandes quantidades. A equipa usou o receptor de Banda 6 do ALMA, altamente sensível, para observar um halo de gás carbono que se estende muito para além do centro da jovem galáxia.

Isto poderia ser evidência de formação estelar contínua na mesma região ou o resultado de rupturas estruturais, tais como fusões ou fluxos, nas fases mais precoces da formação da galáxia.

De acordo com Akins, isto é invulgar para as primeiras galáxias. “O gás de carbono que observámos nesta galáxia é tipicamente encontrado nas mesmas regiões que o gás hidrogénio neutro, que é também onde novas estrelas tendem a formar-se.

Se for esse o caso para A1689-zD1, a galáxia é provavelmente muito maior do que se pensava anteriormente. É também possível que este halo seja um remanescente da actividade galáctica anterior, como fusões que exerceram forças gravitacionais complexas na galáxia, levando à ejecção de muito gás neutro a estas grandes distâncias.

Em ambos os casos, a evolução precoce desta galáxia foi provavelmente activa e dinâmica e estamos a aprender que este pode ser um tema comum, embora anteriormente não observado, na formação das primeiras galáxias.”

Mais do que apenas invulgar, a descoberta poderá ter implicações significativas para o estudo da evolução galáctica, particularmente à medida que as observações no rádio desvendam detalhes invisíveis nos comprimentos de onda ópticos. Seiji Fujimoto, investigador pós-doutorado no Cosmic Dawn Center do Instituto Niels Bohr, co-autor da investigação, disse: “A emissão do gás de carbono em A1689-zD1 é muito mais extensa do que a observada com o Telescópio Espacial Hubble e isto pode significar que as primeiras galáxias não são tão pequenas como parecem. Se, de facto, as primeiras galáxias são maiores do que pensávamos anteriormente, isto terá um grande impacto na teoria da formação e evolução das galáxias no Universo primitivo.”

Liderada por Akins, a equipa também observou fluxos de gás quente e ionizado – geralmente provocados por actividade galáctica violenta como super-novas – empurrando para fora do centro da galáxia. Dada a sua natureza potencialmente explosiva, os fluxos podem ter algo a ver com o halo de carbono.

“Os fluxos ocorrem como resultado de actividade violenta, tal como explosões de super-novas – que explodem material gasoso vizinho para fora da galáxia – ou buracos negros nos centros das galáxias – que têm fortes efeitos magnéticos que podem ejectar material em jactos poderosos.

Devido a isto, há uma forte possibilidade de que os fluxos quentes tenham algo a ver com a presença do halo frio de carbono,” disse Akins. “E isso realça ainda mais a importância da natureza multifásica, ou quente para frio, do fluxo gasoso.”

Darach Watson, professor associado no Cosmic Dawn Center do Instituto Niels Bohr e co-autor da nova investigação, confirmou A1689-zD1 como uma galáxia com um alto desvio para o vermelho em 2015, a mais distante galáxia poeirenta conhecida.

“Temos visto este tipo de grande emissão de halos gasosos de galáxias que se formaram mais tarde no Universo, mas vê-lo numa galáxia tão precoce significa que este comportamento é universal mesmo nas galáxias mais modestas que formaram a maioria das estrelas no início do Universo. Compreender como estes processos ocorreram numa galáxia tão jovem é fundamental para compreender como a formação de estrelas ocorre no Universo primitivo.”

Kirsten Knudsen, professora de astrofísica no Departamento do Espaço, Terra e Ambiente da Universidade de Tecnologia de Chalmers e co-autora da investigação, encontrou evidências do continuum de poeira de A1689-zD1 em 2017. Knudsen realçou o papel fortuito da lente gravitacional extrema para tornar possível cada descoberta na investigação.

“Dado que A1689-zD1 está ampliada mais de nove vezes, podemos ver detalhes críticos que de outra forma são difíceis de observar em observações comuns de galáxias tão distantes. Em última análise, vemos aqui que as primeiras galáxias do Universo são muito complexas e esta galáxia continuará a apresentar novos desafios e resultados de investigação durante algum tempo.”

O Dr. Joe Pesce, oficial do programa ALMA na NSF, acrescentou: “Esta fascinante investigação ALMA acrescenta a um conjunto crescente de resultados que indicam que as coisas não são exactamente como esperávamos no início do Universo, mas são realmente interessantes e excitantes, apesar de tudo!”

Estão planeadas para Janeiro de 2023 observações espectroscópicas e infravermelhas de A1689-zD1, usando os instrumentos NIRSpec IFU (Integral Field Unit) e NIRCam no Telescópio Espacial James Webb. As novas observações vão complementar os dados anteriores do Hubble e do ALMA, fornecendo um olhar multi-comprimento de onda mais profundo e mais completo da jovem galáxia.

Astronomia On-line
17 de junho de 2022