Astrônomos detectam um berçário galáctico surpreendentemente enorme no Universo primitivo

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Impressão artística de um protoaglomerado. (Créditos: ESO/M. Kornmesser)

Por Michelle Starr
Publicado na ScienceAlert

Nos princípios do Universo, os astrônomos encontraram uma grupo de proporções cósmicas. Pelo menos 21 galáxias, formando estrelas em uma taxa incrível, estão se fundindo nos primeiros estágios da formação de um aglomerado de galáxias. E tudo está acontecendo a 13 bilhões de anos-luz de distância – apenas 770 milhões de anos após o próprio Big Bang.

Este é o primeiro protoaglomerado descoberto até agora, denominado LAGER-z7OD1, e hoje provavelmente evoluiu para um grupo de galáxias 3,7 quatrilhões de vezes a massa do Sol.

Um protoaglomerado tão grande, tão antigo no Universo – apenas um piscar de olhos cósmico desde que o Universo surgiu – poderia conter algumas pistas vitais de como a fumaça primordial se dissipou e as luzes acenderam, permitindo que a luz fluísse livremente através do espaço.

Nosso Universo é um lugar extremamente interconectado. As galáxias podem parecer relativamente autocontidas, mas mais da metade de todas as galáxias estão gravitacionalmente ligadas em aglomerados ou grupos, estruturas enormes de centenas a milhares de galáxias.

O início de tais aglomerados no Universo não é algo desconhecido. Protoaglomerados foram encontrados quase tão longe quanto o LAGER-z7OD1, alguns até muito maiores, sugerindo que os aglomerados poderiam ter começado a se reunir muito mais rápido do que se pensava ser possível.

Mas o LAGER-z7OD1, de acordo com uma equipe de pesquisadores liderada pelo astrônomo Weida Hu, da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, é especial. Pode revelar pistas sobre uma das etapas mais misteriosas da história do Universo: a Época da Reionização.

“O volume total das bolhas ionizadas geradas pelas galáxias membros é comparável ao volume do próprio protoaglomerado, indicando que estamos testemunhando a fusão das bolhas individuais e que o meio intergaláctico dentro do protoaglomerado está quase totalmente ionizado”, eles escreveram em seu estudo.

“LAGER-z7OD1, portanto, fornece um laboratório natural único para investigar o processo de reionização.”

O espaço nem sempre foi o lugar adorável e transparente que é hoje. Durante os primeiros 370 milhões de anos ou mais, ele foi preenchido com uma névoa quente e tenebrosa de gás ionizado. A luz foi incapaz de viajar livremente através desta névoa; ela espalhou elétrons livres e só.

Depois que o Universo esfriou o suficiente, prótons e elétrons começaram a se recombinar em átomos de hidrogênio neutros. Isso significava que a luz – não que houvesse muita, ainda – poderia finalmente viajar pelo espaço.

À medida que as primeiras estrelas e galáxias começaram a se formar, sua luz ultravioleta reionizou o hidrogênio neutro onipresente em todo o Universo: primeiro em bolhas localizadas ao redor das fontes ultravioleta e, em seguida, em áreas cada vez maiores à medida que as bolhas ionizadas se conectavam e se sobrepunham, permitindo todo o espectro de radiação eletromagnética fluir livremente.

Cerca de 1 bilhão de anos após o Big Bang, o Universo foi completamente reionizado. Isso significa que é mais difícil sondar além deste ponto (cerca de 12,8 anos-luz de distância), mas também significa que o próprio processo de reionização é difícil de entender.

Idealmente, você precisa de objetos realmente brilhantes, cuja radiação ionizante possa cortar o hidrogênio neutro, e é isso que Hu e sua equipe estavam procurando com a pesquisa Lyman Alpha Galaxies in the Epoch of Reionization (ou Galáxias Lyman-Alfa na Época da Reionização, na tradução livre). Estas são pequenas galáxias do Universo primitivo, formando estrelas a uma taxa incrível, o que significa que podem ser detectadas a distâncias bastante grandes, bem dentro da Época da Reionização. Isso os torna meios de sondagem úteis do período.

Em sua busca, os pesquisadores encontraram LAGER-z7OD1, uma região superdensa de galáxias em um volume tridimensional do espaço medindo 215 milhões por 98 milhões por 85 milhões de anos-luz. Este volume continha dois subprotoaglomerados distintos fundindo-se em um maior, com pelo menos 21 galáxias, 16 das quais foram confirmadas.

O volume total do espaço ionizado ao redor das galáxias era ligeiramente maior do que o volume do LAGER-z7OD1.

“Isso demonstra sobreposições substanciais entre bolhas individuais, indicando que as bolhas individuais estão no ato de se fundir em uma ou duas bolhas gigantes”, escreveram os pesquisadores.

Portanto, o protoaglomerado não apenas representa um excelente exemplo de seu tipo, fornecendo uma nova fonte de dados para estudar como essas estruturas se formam e emergem, bem como a formação de estrelas no início do Universo, ele oferece uma fonte única para estudar a formação e combinação de bolhas ionizadas durante a Época da Reionização.

No entanto, as novidades que surgirão com esse estudo ainda precisam ser descobertos. Como observam os pesquisadores, esse será o trabalho de telescópios mais poderosos do futuro, que serão mais capazes de observar os detalhes mais sutis do processo de reionização.

A pesquisa da equipe foi publicada na Nature Astronomy.