A melhor imagem já obtida de galáxias em colisão no Universo longínquo

O Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) e outros telescópios instalados no solo e no espaço foram utilizados para obter a melhor imagem já obtida de uma colisão entre duas galáxias quando o Universo tinha apenas metade da sua idade atual. Os astrônomos usaram uma lupa do tamanho de uma galáxia para ver detalhes que doutro modo seriam impossíveis de detectar. Este novo estudo da galáxia H-ATLAS J142935.3-002836 mostrou que este objeto complexo e distante se parece com as Galáxias Antena, uma colisão local bem conhecida. Nesta imagem vemos a galáxia da frente, que atua como lente e que se assemelha à nossa própria Galáxia, a Via Láctea, se esta fosse vista de lado. No entanto, em torno desta galáxia observa-se um anel quase completo — a imagem distorcida de uma galáxia em fusão a formar estrelas que se encontra por trás, muito mais afastada. Esta imagem combina dados do Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA e do telescópio Keck-II no Hawaii (que usa óptica adaptativa). Crédito: © ESO/NASA/ESA/W. M. Keck Observatory

Com o auxílio do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), e outros telescópios instalados no solo e no espaço, uma equipe internacional de astrônomos obteve a melhor imagem até hoje de uma colisão entre duas galáxias quando o Universo tinha apenas metade da sua idade atual.

A equipe usou uma lupa do tamanho de uma galáxia para ver detalhes que de outro modo seriam impossíveis de detectar. Este novo estudo da galáxia H-ATLAS J142935.3-002836 mostrou que este objeto complexo e distante se parece com as Galáxias Antena, uma colisão local bem conhecida.

O famoso detetive Sherlock Holmes usava uma lupa para descobrir as pistas quase invisíveis mas importantes dos seus casos. Do mesmo modo, os astrônomos combinaram o poder de muitos telescópios na Terra e no espaço com uma enorme lupa cósmica para estudar um caso de formação estelar vigorosa no Universo primordial.

Este diagrama mostra como é que o efeito de lente gravitacional em torno de uma galáxia normal foca a luz emitida por uma galáxia longínqua, em fusão e a formar estrelas, de modo que criar uma imagem distorcida, mas muito mais brilhante. Crédito: © ESO/M. Kornmesser 

“Embora os astrônomos se encontrem normalmente limitados pelo poder dos seus telescópios, em alguns casos a nossa capacidade de observar detalhes é aumentada por lentes naturais criadas pelo Universo”, explica o autor principal do estudo Hugo Messias da Universidade de Concepción (Chile) e do Centro de Astronomia e Astrofísica da Universidade de Lisboa (Portugal).

“Einstein previu na sua teoria da relatividade geral que, dada bastante massa, a luz não viaja em linha reta mas curva-se, da mesma maneira que a luz é refratada por uma lente normal”.

Estas lentes cósmicas são criadas por estruturas massivas como galáxias ou aglomerados de galáxias, as quais defletem a luz dos objetos que se encontram por trás, devido à sua forte gravidade — um efeito chamado lente gravitacional.

As propriedades de ampliação deste efeito permitem aos astrônomos estudar objetos que, de outro modo, não seriam visíveis e comparar diretamente galáxias locais com outras muito mais remotas, observadas quando o Universo era significativamente mais novo.

Esta imagem de grande angular do céu em torno da galáxia em fusão que está a ser amplificada por lente gravitacional, a H-ATLAS J142935.3-002836, foi criada a partir de dados do Digitized Sky Survey 2. Esta zona do céu comparativamente vazia, apresenta poucas estrelas e muitas galáxias tênues — incluindo aquela que por acaso atua como lupa e foca a luz de uma galáxia muito mais tênue e remota que está a formar estrelas. Crédito: © ESO/Digitized Sky Survey 2. Reconhecimento: Davide De Martin

No entanto, para que estas lentes gravitacionais funcionem, a galáxia lente e a que se encontra por trás dela devem estar precisamente alinhadas.

“Estes alinhamentos ocasionais são bastante raros e tendem a ser difíceis de identificar”, acrescenta Hugo Messias, “no entanto, estudos recentes mostraram que observando nos comprimentos de onda do infravermelho longínquo e do milímetro conseguimos encontrar estes casos de forma mais eficaz”.

A H-ATLAS J142935.3-002836 (ou apenas H1429-0028, para simplificar) trata-se de uma destas fontes e foi encontrada pelo rastreio Herschel Astrophysical Terahertz Large Area (H-ATLAS).

Apesar de muito tênue em imagens no visível, esta galáxia encontra-se entre os mais brilhantes objetos encontrados até à data, ampliados gravitacionalmente no infravermelho longínquo, embora o estejamos a observar numa altura em que o Universo tinha apenas metade da sua idade atual.

O Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) e outros telescópios instalados no solo e no espaço foram utilizados para obter a melhor imagem de sempre de uma colisão entre duas galáxias quando o Universo tinha apenas metade da sua idade atual. Os astrônomos usaram uma lupa do tamanho de uma galáxia para ver detalhes que doutro modo seriam impossíveis de detectar. Este novo estudo da galáxia H-ATLAS J142935.3-002836 mostrou que este objeto complexo e distante se parece com as Galáxias Antena, uma colisão local bem conhecida. Nesta imagem vemos a galáxia da frente, que atua como lente e que se assemelha à nossa própria Galáxia, a Via Láctea, se esta fosse vista de lado. No entanto, em torno desta galáxia observa-se um anel quase completo — a imagem distorcida de uma galáxia em fusão a formar estrelas que se encontra por trás, muito mais afastada. Esta imagem combina dados do Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA e do telescópio Keck-II no Hawaii (que usa óptica adaptativa) com dados do ALMA, que mostramos a vermelho. Os dados deram informação sobre os movimentos do material nas distantes galáxias em fusão e foram cruciais para compreender melhor este objeto complexo. Crédito: © ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) /NASA/ESA/W. M. Keck Observatory

O estudo deste objeto encontrava-se no limite do que seria possível, por isso uma equipe internacional começou uma campanha de observação extensa utilizando os telescópios mais poderosos — instalados tanto no solo como no espaço — incluindo o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA, o ALMA, o Observatório Keck, o Karl Jansky Very Large Array (JVLA), entre outros.

Os diferentes telescópios forneceram diferentes informações, que foram posteriormente combinadas e permitiram obter o melhor conhecimento conseguido até hoje sobre a natureza deste objeto tão incomum. As imagens Hubble e Keck revelaram um detalhado anel de luz, induzido gravitacionalmente, em torno da galáxia situada em primeiro plano.

Estas imagens de alta resolução mostraram igualmente que a galáxia lente é uma galáxia de disco vista de lado — semelhante à nossa própria Galáxia, a Via Láctea — a qual obscurece parte da radiação do campo de fundo devido às enormes nuvens de poeira que contém.

Esta sequência vídeo começa com uma vista da maior parte do céu, levando-nos seguidamente para uma zona mais profunda aparentemente pouca populada na Constelação de Virgem. No centro, não diferente de muitos outros pontos tênues, encontra-se um objeto notável, uma galáxia longínqua em fusão, observada através de uma lente gravitacional. Crédito: © ESO/NASA/ESA/W. M. Keck Observatory/Digitized Sky Survey 2. Música: movetwo

No entanto, este obscurecimento não é problemático nem para o ALMA nem para o JVLA, uma vez que estas duas infraestruturas observam a maiores comprimentos de onda, imunes à poeira. Utilizando os dados combinados, a equipe descobriu que o sistema no fundo se tratava efetivamente de duas galáxias em processo de colisão.

A partir desse momento, tanto o ALMA como o JVLA desempenharam um papel fundamental na caracterização do objeto. Em particular, o ALMA traçou o monóxido de carbono, o qual permite fazer estudos detalhados dos mecanismos de formação estelar nas galáxias.

As observações ALMA permitiram também fazer a medição do movimento do material no sistema de fundo, verificando-se assim que o objeto estava realmente a sofrer colisão galáctica e a formar centenas de novas estrelas por ano. Uma das galáxias em colisão mostra ainda sinais de rotação: uma indicação de que se tratava de uma galáxia de disco antes do encontro.

Esta impressão artística mostra como é que o efeito de lente gravitacional amplifica, torna mais brilhante e distorce a aparência de uma galáxia remota em fusão, situada muito por trás da galáxia lente. O ponto de vista do observador movimenta-se de lado, de modo que a galáxia distante aparece primeiro de um lado, bastante tênue, e depois aparece mesmo por trás do objeto em primeiro plano, ficando bastante amplificada e vendo-se aumentado o seu brilho total aparente. Crédito: © ESO/M. Kornmesser

O sistema destas duas galáxias em colisão assemelha-se a um objeto que se encontra muito mais perto de nós: as Galáxias Antena. Trata-se de uma colisão espetacular entre duas galáxias, que pensa-se ter uma estrutura de disco no passado.

Enquanto o sistema Antena forma estrelas a uma taxa de apenas algumas dezenas de massas solares por ano, a H1429-0028 transforma mais de 400 vezes da massa do Sol em gás em novas estrelas todos os anos. Rob Ivison, Diretor de Ciência do ESO e coautor do novo estudo conclui: “O ALMA permitiu-nos resolver esta questão porque nos deu informação acerca da velocidade do gás nas galáxias, informação esta que permitiu separar os diversos componentes, revelando a assinatura clássica de uma colisão de galáxias”.

“Este estudo apanhou a colisão no momento em que esta começa a dar origem a um episódio extremo de formação estelar”.

Artigo científico:

Entre os telescópios utilizados neste estudo encontravam-se três do ESO — ALMA, APEX e VISTA. Os outros telescópios e rastreios usados foram: o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA, o telescópio Gemini South, o telescópio Keck-II, o Telescópio Espacial Spitzer da NASA, a rede Jansky Very Large Array, CARMA, IRAM, SDSS e WISE.

‣ Fonte: ESO (European Southern Observatory)