Colagem de 21 galáxias fotografadas pelo levantamento ALPINE. As imagens têm por base luz emitida pelo carbono ionizado, ou C+. Estes dados mostram a variedade de estruturas galácticas já em vigor menos de 1,5 bilhões de anos após o Big Bang (o nosso Universo tem 13,8 bilhões de anos). Algumas das imagens na verdade contêm galáxias em fusão; por exemplo, o objeto na linha superior, o segundo a contar da esquerda, é na verdade três galáxias em fusão. Outras galáxias parecem ser mais suavemente ordenadas e podem ser espirais; um exemplo claro encontra-se na segunda linha, a primeira galáxia a contar da esquerda. A nossa Via Láctea é mostrada à escala, a fim de ajudar a visualizar os tamanhos pequenos destas galáxias jovens.
Crédito: Michele Ginolfi (colaboração ALPINE); ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC)
Novos resultados de um ambicioso levantamento do céu, de nome ALPINE, revelam que galáxias giratórias, em forma de disco, podem ter existido em grandes números mais cedo no Universo do que se pensava anteriormente.
O programa ALPINE, formalmente denominado "ALMA Large Program to Investigate C+ at Early Times," usa dados obtidos a partir de 70 horas de observações do céu com o observatório ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) no Chile, em combinação com dados de observações anteriores de uma série de outros telescópios, incluindo o Observatório W.M. Keck no Hawaii e os telescópios espaciais Hubble e Spitzer da NASA. Especificamente, o levantamento analisou uma zona do céu que contém dúzias de galáxias remotas.
"Esta é o primeiro estudo em múltiplos comprimentos de onda, que vai do ultravioleta ao rádio, de galáxias distantes que existiram entre mil milhões de 1,5 mil milhões de anos após o Big Bang," diz Andreas Faisst, cientista do IPAC, um centro de astronomia do Caltech e investigador principal do programa ALPINE, que inclui cientistas de todo o mundo.
Uma das principais funções do ALPINE é usar o ALMA para observar a assinatura de um ião conhecido como C+, que é uma forma de carbono com carga positiva. Quando a radiação ultravioleta das estrelas recém-nascidas atinge nuvens de poeira, cria átomos de C+. Ao medir a assinatura deste átomo, ou "linha de emissão", nas galáxias, os astrónomos podem ver como giram; dado que o gás contém C+ nas galáxias que giram na nossa direção, a sua assinatura de luz muda para comprimentos de onda mais azuis e, à medida que gira para longe de nós, a sua luz desvia-se para comprimentos de onda mais vermelhos. Isto é parecido ao som da sirene de um carro da polícia que se aproxima de nós e depois quando se afasta.
A equipa do ALPINE obteve medições de C+ em 118 galáxias remotas para criar um catálogo não apenas das suas velocidades de rotação, mas também de outras características, como a densidade do gás e o número de estrelas formadas.
O levantamento revelou galáxias giratórias e destroçadas que estavam no processo de fusão, além de galáxias aparentemente perfeitamente suaves em forma de espiral. Cerca de 15% das galáxias observadas tinham uma rotação macia e ordenada, o que é esperado para as galáxias espirais. No entanto, realçam os autores, as galáxias podem não ser espirais, mas discos giratórios com aglomerados de material. Observações futuras com a próxima geração de telescópios espaciais vão identificar a estrutura detalhada destas galáxias.
"Estamos a encontrar galáxias giratórias bem ordenadas neste estágio muito precoce e bastante turbulento do nosso Universo," diz Faisst. "Isto significa que devem ter-se formado por um processo de recolha de gás e ainda não colidiram com outras galáxias, como muitas galáxias já o fizeram."
Ao combinar os dados do ALMA com as medições de outros telescópios, incluindo o Spitzer, agora aposentado, que ajudou especificamente a medir as massas das galáxias, os cientistas estão mais aptos a estudar como estas galáxias jovens evoluem ao longo do tempo.
"Como é que as galáxias crescem tão depressa? Quais são os processos internos que permitem com que cresçam tão rapidamente? Estas são perguntas que o ALPINE está a ajudar a responder," diz Faisst. "E com o lançamento do Telescópio Espacial James Webb da NASA, vamos poder fazer observações de acompanhamento destas galáxias para aprender ainda mais."
Usando o ALMA, os cientistas podem medir a rotação de galáxias no Universo primitivo com uma precisão de várias dezenas de quilômetros por segundo. Isto é possível observando a luz emitida por carbono ionizado nas galáxias, também conhecido como C+. A emissão de C+ das nuvens de poeira que giram na nossa direção é desviada para o azul, comprimentos de onda mais curtos, enquanto as nuvens que giram para longe de nós, emitem luz que é desviada para comprimentos de onda mais longos e avermelhados. Medindo os desvios da luz, os astrônomos podem determinar a velocidade de rotação das galáxias.
Crédito: Andreas Faisst (colaboração ALPINE)
O objeto na imagem é DC-818760, que consiste de três galáxias provavelmente em rota de colisão. Como todas as galáxias no levantamento ALPINE, foi observada por diferentes telescópios. Esta abordagem em vários comprimentos de onda permite com que os astrônomos estudem em detalhe a estrutura destas galáxias. O Telescópio Espacial hubble (azul) revela regiões de formação estelar ativa não obscurecida pela poeira; o agora aposentado Telescópio Espacial Spitzer da NASA (verde) mostra a localização de estrelas mais velhas usadas para medir a massa estelar das galáxias; e o ALMA (vermelho) traça gás e poeira, permitindo que a quantidade de formação estelar escondida pela poeira seja medida. A imagem no topo combina luz de todos os três telescópios. O mapa de velocidade em baixo mostra gás nas galáxias em rotação que se aproxima de nós (azul) e se afasta de nós (vermelho).
Crédito: Gareth Jones e Andreas Faisst (colaboração ALPINE); ALMA(ESO/NAOJ/NRAO); NASA/STScI; JPL-Caltech/IPAC (R. Hurt)
FONTE: ASTRONOMIA ONLINE
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