Uma equipa de astrónomos, liderada por David Sobral e Jorryt Matthee, das Universidades de Lancaster, no Reino Unido, e de Leiden, na Holanda, descobriu halos gigantes à volta de galáxias primitivas semelhantes à Via Láctea, compostos por fotões (partículas elementares de luz) que lutaram para se escapar. A equipa descreve as suas descobertas na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Halos de galáxias distantes - Ilustração
Esta ilustração mostra uma galáxia do tipo da Via Láctea no Universo local, cercada por um halo muito maior de luz azul e fraca de fotões Lyman-alfa. Estes fotões foram produzidos em torno de estrelas quentes e jovens em regiões muito mais centrais, tendo de lutar para se escaparem das galáxias, sofrendo muitas absorções e reemissões no processo e criando estes halos gigantes. Para as galáxias distantes típicas, apenas uma pequena percentagem de fotões consegue escapar-se. Foi o que os astrónomos conseguiram agora observar para galáxias semelhantes que existiram há 11 mil milhões de anos, num Universo muito jovem e ativo. Isto tem implicações importantes para o estudo do Universo jovem, onde estes fotões são notavelmente importantes, mas em geral medidos apenas na componente mais central de cada galáxia. Crédito: ESO/L. Calçada.

Observando as galáxias distantes, os astrónomos tentam perceber de que modo a Via Láctea se formou e evoluiu. Como a luz dessas galáxias demora milhares de milhões de anos a chegar até nós, os telescópios podem ser usados como máquinas do tempo, desde que tenhamos um indicador claro para identificar a distância a que ficam os objetos que estão a ser observados. Os astrónomos usam a espectroscopia para analisar a sua luz, dispersando-a num espectro, tal como fazem com as galáxias, estrelas e planetas mais próximos.

Os cientistas procuram então determinadas características (linhas espectrais) que dão informação sobre algumas propriedades do objeto, como a sua composição, temperatura e movimento. Para as galáxias mais distantes, apenas uma característica espectral se destaca, a chamada linha Lyman-alfa associada ao gás hidrogénio.

Segundo Jorryt Matthee: “As estrelas recém-nascidas em galáxias muito distantes são suficientemente quentes para separarem o hidrogénio em nuvens circundantes de gás, que depois brilham intensamente na luz Lyman-alfa, em teoria, a característica mais forte observável numa galáxia distante. Na prática, os fotões Lyman-alfa lutam para se escapar das galáxias enquanto o gás e a poeira bloqueiam e defletem os seus trajetos, tornando este processo difícil de compreender.”

Os astrónomos desenvolveram uma experiência única para estudar quase 1000 galáxias distantes, usando o Telescópio Isaac Newton (INT), em La Palma, nas Ilhas Canárias. Com a Wide Field Camera (câmara de grande amplitude) e filtros feitos à medida, examinaram o céu a fim de determinarem onde a emissão Lyman-alfa é produzida, em que quantidade existe e de que parte das galáxias sai.

Segundo David Sobral: “Aproveitámos dezenas de noites dedicadas do INT para tentar compreender como e de que galáxias se escapam os fotões Lyman-alfa. Olhámos para o passado, para há 11 mil milhões de anos atrás, o limite até ao qual podemos identificar galáxias distantes e estudá-las em detalhe. E o que é ainda mais importante, fomos capazes de prever com exatidão quantos fotões Lyman-alfa foram produzidos em cada galáxia e onde tal aconteceu. Então, comparámo-los com os que efetivamente alcançavam o INT.”

Os resultados mostram que apenas entre 1% e 2% desses fotões se escapam dos centros de galáxias como a Via Láctea. Mesmo se considerarmos todos os fotões a uma grande distância do centro, escapam-se menos de 10%.

Halos de galáxias distantes - fotões Lyman-alfa.
A figura mostra algumas das observações realizadas com o telescópio Isaac Newton, em La Palma, e com o telescópio UKIRT, no Havai, de uma das quase 1000 galáxias do tipo Via Láctea de uma fase muito inicial do Universo. Os resultados permitiram aos astrónomos medir quantos fotões foram produzidos e onde (indicados pelas linhas vermelhas), e compará-los depois com aqueles que realmente escaparam (linhas azuis) dessas galáxias distantes. Os resultados revelam grandes halos de fotões Lyman-alfa que lutaram para se escapar, embora a grande maioria desses fotões não tenha conseguido fazê-lo. Crédito: J. Matthee/D. Sobral.

“As galáxias que formam estrelas no Universo distante parecem estar cercadas por um halo impressionantemente grande e fraco de fotões Lyman-alfa que tiveram de viajar centenas de milhares de anos-luz numa série quase infinita de eventos de absorção e reemissão, até serem finalmente livres. Precisamos agora entender exatamente como e porquê isto acontece,” acrescentou Sobral.

Quando o Telescópio Espacial James Webb começar a operar, em 2018, os astrónomos esperam ser capazes de olhar ainda mais atrás no tempo, abrindo-se assim uma nova janela para as primeiras galáxias e estrelas. O estudo de como evolui ao longo do tempo a fração de escape pode dizer-nos algo sobre o tipo de estrelas que produzem esses fotões e as propriedades do gás interestelar e intergaláctico.

Fonte da notícia: RAS

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