Cientistas encontram supergaláxia dos primeiros tempos do universo

A MAMBO-9 já existia antes que o universo completasse 1 bilhão de anos, e sua massa de gás e poeira era dez vezes maior do que todas as estrelas da Via Láctea

Concepção artística da aparência da MAMBO-9 na luz visível. A galáxia aparece muito empoeirada e teria de formar a maioria das suas estrelas. Crédito: NRAO/AUI/NSF, B. Saxton

Usando o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), no Chile, astrônomos captaram a luz de uma galáxia massiva vista apenas 970 milhões de anos após o Big Bang. Denominada MAMBO-9, essa é a galáxia empoeirada formadora de estrelas mais distante já foi observada sem a ajuda de uma lente gravitacional.

Galáxias empoeiradas que formam estrelas são os berçários estelares mais intensos do universo. Elas formam estrelas a uma taxa de até alguns milhares de vezes a massa do Sol por ano (a taxa de formação de estrelas da Via Láctea é de apenas três massas solares por ano) e contêm grandes quantidades de gás e poeira. Não se espera que essas galáxias monstruosas tenham se formado no início da história do universo, mas os astrônomos já descobriram várias delas que aparecem para nós como quando o cosmos tinha menos de um bilhão de anos. Uma delas é a galáxia SPT0311-58, que o ALMA observou em 2018.

Devido ao seu comportamento extremo, os astrônomos pensam que essas galáxias empoeiradas desempenham um papel importante na evolução do universo. Mas encontrá-los é mais fácil dizer do que fazer. “Essas galáxias tendem a se esconder à vista”, disse Caitlin Casey, da Universidade do Texas em Austin e principal autora de um estudo publicado na revista “The Astrophysical Journal”. “Sabemos que elas estão lá fora, mas não são fáceis de encontrar porque a luz das estrelas está escondida em nuvens de poeira.”

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Distância determinada

A luz da MAMBO-9 já havia sido detectada há dez anos pelo coautor do estudo Manuel Aravena, usando o instrumento Max-Planck Millimeter BOlometer (MAMBO) no telescópio IRAM de 30 metros na Espanha e o interferômetro Plateau de Bure na França. Mas essas observações não foram sensíveis o suficiente para revelar a distância da galáxia.

“Estávamos em dúvida se era real, porque não conseguimos encontrá-la com outros telescópios. Mas se fosse real, teria que estar muito longe”, disse Aravena, que na época era aluno de doutorado na Alemanha e atualmente trabalha para a Universidade Diego Portales, no Chile.

Graças à sensibilidade do ALMA, Casey e sua equipe agora foram capazes de determinar a distância da MAMBO-9. “Encontramos a galáxia em uma nova pesquisa do ALMA projetada especificamente para identificar galáxias empoeiradas que formam estrelas no universo primitivo”, disse Casey. “E o que há de especial nessa observação é que essa é a galáxia empoeirada mais distante que já vimos de maneira desobstruída.”

A MAMBO-9 em imagem de rádio do ALMA. A galáxia consiste em duas partes e está em processo de fusão. Crédito: ALMA(ESO/NAOJ/NRAO), CM Casey et al.; NRAO/AUI/NSF, B. Saxton

A luz de galáxias distantes é frequentemente obstruída por outras galáxias mais próximas de nós. Essas galáxias na frente funcionam como uma lente gravitacional: elas dobram a luz da galáxia mais distante. Esse efeito de lente facilita para os telescópios localizarem objetos distantes (é assim que o ALMA pôde ver a galáxia SPT0311-58). Mas também distorce a imagem do objeto, dificultando a compreensão dos detalhes.

Compreensão melhorada

Neste estudo, os astrônomos viram a MAMBO-9 diretamente, sem lente, e isso lhes permitiu medir sua massa. “A massa total de gás e poeira na galáxia é enorme: dez vezes maior do que todas as estrelas da Via Láctea. Isso significa que ainda precisa construir a maioria de suas estrelas”, explicou Casey. A galáxia consiste em duas partes e está em processo de fusão.

Casey espera encontrar galáxias empoeiradas mais distantes na pesquisa do ALMA, que fornecerão informações sobre quão comuns elas são, como essas galáxias massivas se formaram tão cedo no universo e por que elas são tão empoeiradas. “Normalmente, o pó é um subproduto das estrelas que estão morrendo”, disse ela. “Esperamos cem vezes mais estrelas que poeira. Mas a MAMBO-9 ainda não produziu tantas estrelas e queremos descobrir como a poeira pôde se formar tão rapidamente após o Big Bang.”

“Observações com tecnologia nova e mais capacitada podem produzir descobertas inesperadas como a MAMBO-9”, disse Joe Pesce, oficial do Programa da National Science Foundation para o conjunto de telescópios do National Radio Astronomy Observatory (NRAO) e do ALMA. “Embora seja desafiador explicar uma galáxia tão grande tão cedo na história do universo, descobertas como essa permitem que os astrônomos desenvolvam uma compreensão melhorada e façam cada vez mais perguntas sobre o universo.”

A luz da MAMBO-9 viajou cerca de 13 bilhões de anos para alcançar as antenas do ALMA (o universo tem hoje 13,8 bilhões de anos). Isso significa que podemos ver como era a galáxia no passado. Hoje, a galáxia provavelmente seria ainda maior, contendo cem vezes mais estrelas que a Via Láctea, distribuídas em um enorme aglomerado de galáxias.

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