Astrônomos Localizam Grupo de Galáxias Mais Antiga Até Agora

Este composto de imagens visíveis e de infravermelho próximo do Telescópio Espacial Hubble mostra uma parte da Extended Groth Strip, uma área bem estudada localizada entre as constelações da Ursa Maior e Boötes, o Boieiro. As três galáxias do grupo de galáxias EGS77, mostradas nos círculos verdes, estão em um desvio para o vermelho de 7.7, o que significa que estamos vendo as galáxias como eram quando o Universo tinha apenas 680 milhões de anos. A imagem tem 3,2 minutos de arco. Crédito: NASA, ESA e V. Tilvi (ASU)

Uma equipe internacional de astrônomos encontrou o grupo de galáxias mais distante identificado até o momento. Chamado EGS77, o trio de galáxias data de uma época em que o Universo tinha apenas 680 milhões de anos, ou menos de 5% da sua idade atual de 13,8 bilhões de anos.
Mais significativamente, as observações mostram que as galáxias são participantes de uma ampla reforma cósmica chamada reionização. A era começou quando a luz das primeiras estrelas mudou a natureza do hidrogênio em todo o Universo, de maneira semelhante a um lago congelado derretendo na primavera. Isso transformou o Cosmos escuro e opaco no que vemos ao nosso redor hoje.

Esta imagem mostra o lugar do EGS77 na história cósmica. Créditos: Goddard Space Flight Center da NASA

"O universo jovem estava cheio de átomos de hidrogênio neutro, que atenuam a luz ultravioleta que bloqueiam nossa visão das galáxias primitivas", disse James Rhoads, do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA, em Greenbelt, Maryland, que apresentou as descobertas em 5 de janeiro no 235ª Reunião da Sociedade Astronômica Americana em Honolulu. "EGS77 é o primeiro grupo de galáxias capturado no ato de limpar essa névoa cósmica".
Enquanto galáxias individuais mais distantes foram observadas, o EGS77 é o grupo de galáxias mais distantes encontrado até o momento, mostrando os comprimentos de onda específicos da luz ultravioleta distante revelada pela reionização. Essa emissão, chamada Lyman-alpha, é proeminente em todos os membros do EGS77.
Em sua fase inicial, o Universo era um plasma brilhante de partículas, incluindo elétrons, prótons, núcleos atômicos e luz. Os átomos ainda não podiam existir. O Universo estava em um estado ionizado, semelhante ao gás dentro de um sinal de néon aceso ou tubo fluorescente.
Depois que o Universo se expandiu e esfriou por cerca de 380.000 anos, elétrons e prótons se combinaram nos primeiros átomos - mais de 90% deles hidrogênio neutro. Centenas de milhões de anos depois, esse gás formou as primeiras estrelas e galáxias. Mas a própria presença desse gás abundante apresenta desafios para detectar galáxias no universo primitivo.
Os átomos de hidrogênio absorvem e reemitem rapidamente a luz ultravioleta distante conhecida como emissão Lyman-alpha, que tem um comprimento de onda de 121,6 nanômetros. Quando as primeiras estrelas se formaram, parte da luz que elas produziram correspondia a esse comprimento de onda. Como a radiação Lyman-alpha interagia facilmente com os átomos de hidrogênio, ela não podia viajar muito antes que o gás a dispersasse em direções aleatórias.
"A luz intensa das galáxias pode ionizar o gás hidrogênio circundante, formando bolhas que permitem que a luz das estrelas viaje livremente", disse Vithal Tilvi, pesquisador da Universidade Estadual do Arizona em Tempe. "O EGS77 formou uma grande bolha que permitiu que sua luz viajasse para a Terra sem muita atenuação. Eventualmente, bolhas como essas cresceram em todas as galáxias e preencheram o espaço intergaláctico, reionizando o Universo e abrindo caminho para a luz viajar através do Cosmos".
O EGS77 foi descoberto como parte da pesquisa Cosmic Deep And Wide Narrowband (Cosmic DAWN), para a qual Rhoads atua como investigador principal. A equipe fotografou uma pequena área na constelação de Boötes, o Boieiro, usando um filtro personalizado no Imageador infravermelho de campo extremamente amplo do Observatório Nacional de Astronomia Ótica (NEWFIRM), que foi anexado ao telescópio Mayall de 4 metros no Observatório Nacional Kitt Peak, perto de Tucson, Arizona.

Inserção: Esta ilustração do grupo de galáxias EGS77 mostra as galáxias cercadas por bolhas sobrepostas de hidrogênio ionizado. Ao transformar átomos de hidrogênio que bloqueiam a luz em gás ionizado, acredita-se que a luz das estrelas ultravioleta tenha formado essas bolhas em todo o universo primitivo, passando gradualmente de opaca para completamente transparente. Imagem de Fundo: Este composto de imagens visíveis e de infravermelho próximo do Telescópio Espacial Hubble inclui as três galáxias do EGS77 (círculos verdes). Créditos: NASA, ESA e V. Tilvi (ASU)

Como o Universo está se expandindo, a radiação Lyman-alpha do EGS77 foi esticada durante sua viagem até nós, e os astrônomos então a detectam em comprimentos de onda no infravermelho próximo. Não podemos ver essas galáxias na luz visível agora porque essa luz começou em comprimentos de onda mais curtos que a radiação Lyman-alpha e foi espalhada pela névoa de átomos de hidrogênio.
Para ajudar a selecionar candidatos distantes, os pesquisadores compararam suas imagens com dados publicamente disponíveis da mesma região, obtidos pelos telescópios espaciais Hubble e Spitzer. As galáxias que apareciam brilhantemente em imagens no infravermelho próximo foram marcadas como possíveis candidatos, enquanto as que apareciam na luz visível foram rejeitadas por estarem muito próximas.
A equipe confirmou as distâncias das galáxias do EGS77 usando o espectrômetro de objetos múltiplos para exploração de infra-vermelhos (MOSFIRE) no telescópio Keck I no Observatório W. M. Keck em Maunakea, Havaí. Todas as três galáxias mostram linhas de emissão Lyman-alpha em comprimentos de onda ligeiramente diferentes, indicando distâncias ligeiramente diferentes. A separação entre galáxias adjacentes é de cerca de 2,3 milhões de anos-luz, pouco menos que a distância entre a galáxia de Andrômeda e nossa própria Via Láctea.
"Embora este seja o primeiro grupo de galáxias identificado como responsável pela reionização cósmica, as futuras missões da NASA nos contarão muito mais", disse a coautora Sangeeta Malhotra da Goddard. "O próximo Telescópio Espacial James Webb é sensível à emissão Lyman-alpha de galáxias ainda mais fracas nessas distâncias e pode encontrar mais galáxias no EGS77".
Os astrônomos acham que bolhas de reionização semelhantes desta época sejam raras e difíceis de encontrar. O Telescópio de Pesquisa por Infravermelho de Campo Largo  (WFIRST) da NASA, a ser lançado, poderá ser capaz de descobrir exemplos adicionais, iluminando ainda mais essa importante transição na história cósmica.

Fonte: NASA