Nevoeiro primordial
Uma equipe de astrônomos europeus utilizou o Very Large Telescope (VLT), do Observatório Europeu do Sul (ESO) para medir a distância da galáxia mais distante conhecida até hoje.
Somente ao analisar cuidadosamente a fraca luminosidade da galáxia a equipe descobriu que estava na realidade vendo uma imagem da galáxia quando o Universo tinha apenas 600 milhões de anos, o que corresponde a um desvio para o vermelho de 8,6.
Estas são as primeiras observações confirmadas de uma galáxia cuja radiação está dissipando o denso nevoeiro de hidrogênio que enchia o Universo primordial.
"Confirmamos que uma galáxia descoberta anteriormente com o Hubble é o objeto mais distante identificado até agora no Universo," afirma Matt Lehnert, do Observatório de Paris, autor principal do artigo que apresenta os resultados. "O poder do VLT e do espectrógrafo SINFONI permitiu-nos medir efetivamente a distância desta galáxia muito tênue, e descobrimos que, na realidade, estamos vendo-a como quando o Universo tinha menos de 600 milhões de anos."
Era da Reionização
Estudar estas galáxias primordiais é extremamente difícil. Embora originalmente brilhante, a sua luz já está muito tênue quando chega à Terra. Além disso, esta radiação fraca chega até nós na região infravermelha do espectro eletromagnético porque o seu comprimento de onda foi esticado devido à expansão do Universo - um efeito conhecido como desvio para o vermelho.
Para tornar as coisas ainda difíceis, nos primeiros tempos do Universo, menos de um bilhão de anos depois do Big Bang, o Universo não era completamente transparente, encontrando-se preenchido com um nevoeiro de hidrogênio, que absorvia a intensa radiação ultravioleta emitida pelas galáxias jovens.
Esse período em que o nevoeiro ainda estava sendo dissipado pela radiação ultravioleta é conhecido como a Era da Reionização.
Quando o Universo esfriou depois do Big Bang, há cerca de 13,7 bilhões de anos, os elétrons e os prótons combinaram-se para formar hidrogênio gasoso. Este gás escuro e frio era o constituinte principal do Universo durante a chamada Idade das Trevas, quando não existiam ainda objetos luminosos.
Esta fase terminou quando as primeiras estrelas se formaram e a sua intensa radiação ultravioleta foi lentamente tornando transparente este nevoeiro de hidrogênio, ao separar outra vez os átomos de hidrogênio em elétrons e prótons, um processo conhecido por reionização. Esta época do Universo primordial durou desde os 150 até os 800 milhões de anos depois do Big Bang.
Compreender como é que se processou a reionização e como se formaram e evoluíram as primeiras galáxias é um dos maiores desafios da cosmologia moderna.
Desvio para o vermelho
Estas são as primeiras observações confirmadas de uma galáxia cuja radiação está dissipando o denso nevoeiro de hidrogênio que enchia o Universo primordial. [Imagem: M. Alvarez/R. Kaehler/T. Abel]
Apesar destes desafios, a nova Câmara 3 de Grande Campo do Telescópio Espacial Hubble descobriu, em 2009, vários objetos candidatos a galáxias brilhando na Era da Reionização.
Confirmar as distâncias de objetos tão distantes e tênues é um enorme desafio e apenas pode ser conseguido com o uso de espectroscopia feita por telescópios terrestres muito grandes, que medem o desvio para o vermelho da radiação da galáxia.
"Depois do anúncio do Hubble sobre as galáxias candidatas, fizemos um pequeno cálculo e ficamos entusiasmados ao descobrir que o imenso poder do VLT, quando combinado com a sensitividade do espectrógrafo infravermelho SINFONI, e um tempo de exposição muito longo, poderia permitir-nos detectar o brilho tênue de uma destas galáxias distantes e assim medir a sua distância," conta Lehnert.
A equipe observou a galáxia candidata UDFy-38135539 durante 16 horas. Depois de dois meses de análise detalhada dos dados e testes dos resultados, a equipe descobriu que tinha efetivamente detectado o brilho muito fraco emitido pelo hidrogênio com um desvio para o vermelho de 8,6, o que torna esta galáxia o objeto mais distante já confirmado por espectroscopia.
Um desvio para o vermelho de 8,6 corresponde a uma galáxia vista apenas 600 milhões de anos depois do Big Bang. Há alguns anos, astrônomos anunciaram ter descoberto um objeto com um desvio para o vermelho de 10, mas o achado não foi confirmado por observações posteriores e hoje não é mais aceito pela comunidade científica.
Enigmas
A coautora da pesquisa, Nicole Nesvadba, comenta: "Medir o desvio para o vermelho da galáxia mais distante é bastante importante por si só, mas as implicações astrofísicas desta detecção são ainda mais importantes. Esta é a primeira vez que sabemos com toda a certeza que estamos observando uma das galáxias que dissiparam o nevoeiro que enchia o Universo primordial."
Um dos fatos surpreendentes com relação a esta descoberta é que o brilho da UDFy-38135539 parece não ser suficientemente forte por si só para dissipar o nevoeiro de hidrogênio.
"Devem existir outras galáxias, provavelmente menos brilhantes e de menor massa, companheiras da UDFy-38135539, que também ajudam a tornar o espaço entre as galáxias transparente. Sem esta ajuda adicional, a radiação da galáxia, por mais brilhante que fosse, ficaria presa no nevoeiro de hidrogênio circundante e não a teríamos observado", explica Mark Swinbank, outro membro da equipe.
"Estudar a Era da Reionização e da formação de galáxias é levar ao extremo as capacidades dos atuais telescópios e instrumentos, mas será apenas ciência de rotina quando o European Extremely Large Telescope do ESO - que será o maior telescópio do mundo a trabalhar nas faixas do visível e do infravermelho próximo - estiver operacional," lembra Jean-Gabriel Cuby.
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