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Poeira estelar antiga lança luz sobre as primeiras estrelas


Esta ilustração mostra como poderá ser a galáxia jovem muito distante A2744_YD4. Observações obtidas pelo ALMA mostraram que esta galáxia, observada quando o Universo tinha apenas 4% da sua idade atual, é rica é poeira. Tal poeira é produzida numa geração anterior de estrelas e por isso estas observações dão-nos importantes pistas sobre o nascimento e morte explosiva das primeiras estrelas do Universo.
Crédito: ESO/M. Kornmesser


Os astrônomos usaram o ALMA para detetar uma enorme quantidade de poeira estelar resplandecente numa galáxia observada quando o Universo tinha apenas 4% da sua idade atual. Esta galáxia foi observada pouco depois da sua formação e trata-se da galáxia mais distante onde se detectou poeira. Estas observações mostraram também a mais distante detecção de oxigênio no Universo. Estes novos resultados fornecem-nos novas pistas relativas ao nascimento e morte explosiva das primeiras estrelas.

Uma equipe internacional de astrônomos, liderada por Nicolas Laporte da University College London, utilizou o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) para observar A2744_YD4, a galáxia mais jovem e mais distante observada até à data pelo ALMA. Surpreendentemente, a equipe descobriu que esta jovem galáxia contém poeira interestelar em abundância — poeira formada pela morte de estrelas da geração anterior.

Observações de seguimento com o instrumento X-shooter, montado no VLT (Very Large Telescope) do ESO, confirmaram a enorme distância a que se encontra A2744_YD4. De facto, estamos a observar esta galáxia quando o Universo tinha apenas 600 milhões de anos de idade, numa altura em que as primeiras estrelas e galáxias ainda se estavam a formar (este tempo corresponde a um desvio para o vermelho de z=8,38 ou seja, durante a época da reionização.
).

"A2744_YD4 não é apenas a galáxia mais distante alguma vez observada pelo ALMA," explica Nicolas Laporte, "a detecção de tanta poeira indica-nos também que supernovas primordiais poluíram já esta galáxia."

A poeira cósmica é essencialmente composta por silício, carbono e alumínio, em grãos muito pequenos, com dimensões de uma milionésima parte do centímetro. Os elementos químicos destes grãos são formados no interior das estrelas e libertados para o meio quando estas morrem em espetaculares explosões de supernova, o destino final das estrelas massivas com vidas curtas. No Universo atual estas poeiras existem em grandes quantidades, constituindo peças fundamentais na formação de estrelas, planetas e moléculas complexas; no entanto no Universo primordial — antes da primeira geração de estrelas ter morrido — a poeira era bastante escassa.

Foi possível obter observações da galáxia "poeirenta" A2744_YD4 porque este objeto se encontra por detrás de um enxame de galáxias massivo chamado Abell 2744. Devido a um fenômeno físico chamado lente gravitacional, o enxame atua como um "telescópio" cósmico gigante capaz de ampliar cerca de 1,8 vezes a galáxia mais distante A2744_YD4 e permitindo assim aos astrônomos observá-la no Universo primordial.

As observações ALMA detetaram igualmente emissão brilhante de oxigênio ionizado vinda da A2744_YD4. Trata-se da mais longínqua, e consequentemente mais antiga, detecção de oxigênio feita até à data, ultrapassando mesmo um anterior resultado do ALMA obtido em 2016.

A detecção de poeira no Universo primordial dá-nos informação importante sobre a altura em que explodiram as primeiras supernovas, o que permite determinar quando é que as primeiras estrelas quentes banhavam o Universo com a sua luz. Determinar a altura desta "madrugada cósmica" é um "santo graal" da astronomia moderna, que pode ser investigado indiretamente através do estudo da poeira interestelar primordial.

A equipa estima que A2744_YD4 contenha uma quantidade de poeira equivalente a 6 milhões de vezes a massa do nosso Sol, enquanto a massa estelar total da galáxia — a massa de todas as estrelas contidas na galáxia — é de 2 bilhões de vezes a massa solar. A equipe mediu também a taxa de formação estelar em A2744_YD4 e descobriu que as estrelas se estão a formar a uma taxa de 20 massas solares por ano — que podemos comparar ao valor de uma massa solar por ano na nossa Via Láctea.

"Apesar de não ser invulgar encontrar uma taxa de formação estelar elevada numa galáxia distante, este valor explica-nos a rapidez com que a poeira se formou em A2744_YD4," diz Richard Ellis (ESO e University College London), um coautor do estudo. "Este período de tempo é apenas cerca de 200 milhões de anos — ou seja, estamos a observar esta galáxia pouco depois da sua formação."

Este facto diz-nos que formação estelar significativa começou aproximadamente 200 milhões de anos antes da época a que estamos a observar a galáxia, tratando-se por isso de uma excelente oportunidade para, com a ajuda do ALMA, estudar a época em que "se ligaram" as primeiras estrelas e galáxias — a época mais primordial observada até à data. O nosso Sol, o nosso planeta e a nossa existência são produtos — 13 bilhões de anos mais tarde — desta primeira geração de estrelas. Ao estudar a sua formação, vida e morte, estamos na realidade a explorar as nossas origens.

"Com o ALMA poderemos obter observações mais profundas e extensas de galáxias semelhantes do Universo primordial," diz Ellis.

E Laporte conclui: "Mais medições deste tipo dão-nos a excelente oportunidade de traçar a formação estelar primordial e a criação dos elementos químicos mais pesados no Universo primordial."

Esta imagem obtida pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA é dominada pelo rico enxame de galáxias Abell 2744. Mas, muito para lá deste enxame, e observada quando o Universo tinha apenas 660 milhões de anos de idade, encontra-se a ténue galáxia A2744_YD4. Novas observações desta galáxia obtidas com o ALMA (a vermelho na imagem) mostraram que este objeto é muito rico em poeira.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NASA, ESA, ESO and D. Coe (STScI)/J. Merten (Heidelberg/Bologna)


FONTE: http://www.ccvalg.pt

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