Astrônomos encontram a galáxia mais antiga e distante já observada

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A galáxia mais distante que encontramos. Créditos: Jiang et al. Nature Astronomy, 2020.

Por Matt Williams
Publicado no Universe Today

Desde que nos conhecemos por gente, filósofos e estudiosos contemplam o início dos tempos e até tentam determinar quando todas as coisas começaram. Foi apenas na era da astronomia moderna que chegamos perto de responder a essa pergunta com um certo grau de precisão.

De acordo com os modelos cosmológicos mais amplamente aceitos, o Universo começou com o Big Bang há cerca de 13,8 bilhões de anos.

Mesmo assim, os astrônomos ainda estão incertos sobre como era o Universo primitivo, uma vez que esse período coincidiu com a “Idade das Trevas” cósmica. Portanto, os astrônomos continuam testando os limites de seus instrumentos para ver quando as primeiras galáxias se formaram.

Graças a novas pesquisas de uma equipe internacional de astrônomos, a galáxia mais antiga e distante observada em nosso Universo até o momento (GN-z11) foi identificada.

A equipe, cuja pesquisa foi publicada recentemente na revista Nature Astronomy, foi liderada por Linhua Jiang do Instituto Kavli de Astronomia e Astrofísica e pelo Prof. Nobunari Kashikawa da Universidade de Tóquio.

Eles se juntaram a pesquisadores dos Observatórios do Instituto de Ciência Carnegie, do Observatório Steward, do Observatório de Genebra, da Universidade de Pequim e da Universidade de Tóquio.

Simplificando, a Idade das Trevas cósmica começou cerca de 370 mil anos após o Big Bang e continuou por mais 1 bilhão de anos.

Neste momento, as únicas fontes de luz eram os fótons liberados antes desse período – que ainda são detectáveis ​​hoje como Radiação Cósmica de Fundo em Micro-ondas (RCFM) – e aqueles liberados por átomos de hidrogênio neutros. A luz desses fótons é tão alterada pela expansão do Universo que eles são invisíveis para nós hoje.

Este efeito é conhecido como “desvio para o vermelho”, onde o comprimento de onda da luz é alongado (ou “desviado” em direção à extremidade vermelha do espectro) à medida que passa pelo cosmos em constante expansão em seu caminho para nos alcançar.

Para objetos se movendo para mais perto de nossa galáxia, o efeito é invertido, com o comprimento de onda encurtando e mudando em direção à extremidade azul do espectro (também conhecido como “desvio para o azul”).

Por quase um século, os astrônomos usaram esses efeitos para determinar a distância das galáxias e a taxa de expansão do Universo. Neste caso, a equipe de pesquisa usou o telescópio Keck I em Maunakea, Havaí (EUA), para medir o desvio para o vermelho do GN-z11 para determinar sua distância.

Os resultados obtidos indicam que é a galáxia mais distante (e mais antiga) já observada. Como Kashikawa explicou em um comunicado de imprensa da Universidade de Tóquio:

“Levando em conta estudos anteriores, a galáxia GN-z11 parece ser a galáxia mais distante detectável já vista, a 13,4 bilhões de anos-luz, ou 134 nonilhões de quilômetros (que são 134 seguidos por 30 zeros). Mas medir e verificar essa distância não é uma tarefa fácil”.

Especificamente, a equipe examinou as linhas de emissões de carbono provenientes de GN-z11, que estavam na faixa ultravioleta quando deixaram a galáxia e foram desviadas por um fator de 10 – para o infravermelho (0,2 micrômetros) – no momento em que chegou a Terra.

Este nível de desvio para o vermelho indica que esta galáxia existiu conforme observada há cerca de 13,4 bilhões de anos – isto é, cerca de apenas 400 milhões de anos após o Big Bang.

A esta distância, GN-z11 está tão longe que define o próprio limite do próprio Universo observável! Embora esta galáxia tenha sido observada no passado (pelo Hubble), foi necessário o poder de resolução e as capacidades espectroscópicas do Observatório Keck para fazer medições precisas.

Isso foi realizado como parte da pesquisa com o Multi-Object Spectrograph for Infrared Exploration (MOSFIRE), que capturou as linhas de emissão da GN-z11 em detalhes.

Isso permitiu que a equipe produzisse estimativas de distâncias para esta galáxia que foram melhoradas por um fator de 100 em relação a quaisquer medições feitas anteriormente. Kashikawa disse:

“O Telescópio Espacial Hubble detectou a assinatura várias vezes no espectro do GN-z11. No entanto, mesmo o Hubble não consegue solucionar as linhas de emissão ultravioleta no grau que precisávamos. Então, optamos por um espectrógrafo terrestre mais atualizado, um instrumento para medir linhas de emissão, chamado MOSFIRE, que está montado no telescópio Keck I no Havaí”.

Se as observações subsequentes conseguirem confirmar os resultados deste último estudo, então os astrônomos podem dizer com certeza que GN-z11 é a galáxia mais distante já observada. Por meio do estudo de objetos como este, os astrônomos esperam ser capazes de esclarecer um período da história cósmica quando o Universo tinha apenas algumas centenas de milhões de anos.

Este período coincide com o início do Universo primordial na “Idade das Trevas”, quando as primeiras estrelas e galáxias se formaram e encheram o Universo inicial de luz visível.

Ao estudá-lo, os astrônomos esperam aprender mais sobre como as estruturas em grande escala do Universo evoluíram posteriormente. Isso será auxiliado por telescópios de próxima geração, como o Telescópio Espacial James Webb (JWST) – com lançamento previsto para 31 de outubro de 2021.

Esses instrumentos permitirão até que os astrônomos sejam capazes de estudar a própria “Idade das Trevas”, uma época em que a única luz não-RCFM era a linha de spin do hidrogênio neutro – no comprimento de onda em micro-ondas distante (21 cm).

Imagine ser capaz de sondar os primórdios do próprio Universo e observar como as primeiras estrelas e galáxias se formam. Que momento emocionante será!

As observações que tornaram esta pesquisa possível foram conduzidas sob o programa de troca de turnos entre o Observatório Keck e o Telescópio Subaru em Maunakea, Havaí.