Uma galáxia aparentemente velha num Universo jovem

O ALMA e o VLT observam uma galáxia surpreendentemente evoluída e empoeirada

Localização da galáxia empoeirada longínqua A1689-zD1 por trás do aglomerado de galáxias Abell 1689.
Crédito: NASA; ESA; L. Bradley (Johns Hopkins University); R. Bouwens (University of California, Santa Cruz); H. Ford (Johns Hopkins University); and G. Illingworth (University of California, Santa Cruz)

Uma das galáxias mais distantes observada até hoje deu aos astrónomos a primeira detecção de poeira num sistema com formação estelar muito longínquo, o que aponta para uma rápida evolução das galáxias depois do Big Bang.
Nas novas observações utilizou-se o ALMA para capturar o fraco brilho da poeira fria na galáxia A1689-zD1 e o Very Large Telescope do ESO para medir a distância a este objeto.

Imagem infravermelha/visível da galáxia poeirenta longínqua A1689-zD1 por trás do aglomerado de galáxias Abell 1689.
Crédito: ESO/J. Richard

Uma equipa de astrónomos, liderada por Darach Watson, da Universidade de Copenhagen, utilizou o instrumento X-shooter montado no Very Large Telescope, assim como o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para observar uma das galáxias mais jovens e mais longínquas já encontradas. A equipa surpreendeu-se ao descobrir um sistema muito mais evoluído do que o esperado, com uma fração de poeira muito semelhante à de uma galáxia madura, como a Via Láctea. Tal poeira é vital à vida, contribuindo para a formação de planetas, moléculas complexas e estrelas normais.

O alvo das observações da equipa chama-se A1689-zD1 , uma galáxia observável apenas devido ao fato do seu brilho ser amplificado mais de nove vezes por uma lente gravitacional, provocada por um aglomerado de galáxias, Abell 1689, o qual se situa entre a jovem galáxia e a Terra. Sem este aumento gravitacional, o brilho desta galáxia muito ténue seria demasiado fraco para se poder detectar.

Vemos A1689-zD1 quando o Universo tinha apenas cerca de 700 milhões de anos – ou seja 5% da sua idade atual (o que corresponde a um desvio para o vermelho de 7,5). É um sistema relativamente modesto – muito menos massivo e luminoso do que muitos outros objetos que foram anteriormente estudados nesta fase do Universo primordial e portanto uma galáxia mais típica dessa época.

A1689-zD1 está sendo observada tal como era no período da reionização, altura em que as primeiras estrelas trouxeram uma madrugada cósmica, iluminando pela primeira vez um Universo imenso e transparente e acabando com o extenso período de estagnação chamado Idade das Trevas. Esperava-se que a galáxia se parecesse com um sistema recém formado, mas afinal os observadores ficaram surpreendidos ao descobrir uma rica complexidade química e abundância de poeira interestelar.

“Depois de confirmada a distância à galáxia com o auxílio do VLT”, disse Darach Watson, “percebemos que este objeto já tinha sido observado anteriormente pelo ALMA. Não esperávamos encontrar grande coisa, mas posso dizer que ficamos todos muito entusiasmados quando percebemos que não só o ALMA já a tinha observado, como se tratava de uma detecção muito clara. Um dos objetivos principais do Observatório ALMA era encontrar galáxias no Universo primordial através das suas emissões de gás frio e poeira – e aqui está”.

Esta galáxia é um bebé cósmico – mas que provou ser precoce. Com esta idade esperar-se-ia que apresentasse uma falta de elementos químicos mais pesados – qualquer elemento mais pesado que o hidrogénio ou o hélio define-se em astronomia como metal. Estes elementos são produzidos no interior das estrelas e espalhados por toda a parte quando as estrelas explodem ou morrem de qualquer forma. Este processo tem que se repetir por muitas gerações estelares para produzir uma abundância significativa de elementos pesados, tais como o carbono, oxigénio ou azoto/nitrogénio.

Surpreendentemente, a galáxia A1689-zD1 parecia emitir imensa radiação no infravermelho longínquo (esta radiação é “esticada” devido à expansão do Universo, aparecendo na região dos comprimentos de onda milimétricos quando chega à Terra e podendo, por isso, ser detectada com o ALMA), indicando assim que já tinha produzido muitas das suas estrelas e quantidades significativas de metais, revelando que não só continha poeira, mas também possuía uma razão poeira-gás semelhante à de galáxias muito mais maduras.

“Embora a origem exata da poeira galáctica permaneça obscura,” explica Darach Watson, “a nossa descoberta indica que a sua produção ocorre muito rapidamente, num período de apenas 500 milhões de anos desde o início da formação estelar no Universo – um intervalo de tempo muito curto em termos cosmológicos, já que a maioria das estrelas vivem durante bilhões de anos”.

Os resultados sugerem que A1689-zD1 tem formado estrelas de modo consistente a uma taxa moderada desde uma altura de cerca de 560 milhões de anos depois do Big Bang, ou alternativamente passou por um período extremo muito rápido de formação estelar explosiva antes de iniciar a fase de declínio da formação estelar.

Antes deste resultado, havia a preocupação de que tais galáxias longínquas poderiam não ser detectadas, no entanto A1689-zD1 foi detectada usando apenas observações breves do ALMA.

Kirsten Knudsen (Universidade Chalmers de Tecnologia, Suécia), co-autor do artigo científico que descreve estes resultados, acrescenta “Esta extraordinária galáxia empoeirada parece ter tido muita pressa em formar as suas primeiras gerações de estrelas. No futuro, o ALMA será capaz de nos ajudar a encontrar mais galáxias como esta, de modo a que possamos perceber o que é que as leva a querer “crescer” tão depressa.”

Este é um artigo do ESO, que pode ser lido aqui.