Pela primeira vez, os astrônomos conseguiram combinar as imagens ópticas mais profundas do universo, obtidas pelo Telescópio Espacial Hubble, com imagens igualmente nítidas na parte do infravermelho próximo do espectro, usando um novo sistema sofisticado de estrelas guia a laser para óptica adaptativa no Observatório WM Keck, no Havaí. As novas observações, apresentadas na reunião da Sociedade Astronômica Americana (AAS) em San Diego nesta semana, revelam detalhes sem precedentes de galáxias em colisão com enormes buracos negros em seus núcleos, vistos a uma distância de cerca de 5 bilhões de anos-luz, quando o universo estava pouco mais da metade de sua idade atual.
Observar galáxias distantes na faixa de infravermelho revela populações mais antigas de estrelas do que as que podem ser vistas em comprimentos de onda ópticos, e a luz infravermelha também penetra mais facilmente nas nuvens de poeira interestelar do que a luz óptica. As novas imagens infravermelhas de galáxias distantes foram obtidas por uma equipe de pesquisadores da Universidade da Califórnia, Santa Cruz, UCLA e do Observatório W. Keck. Jason Melbourne, estudante de graduação da UC Santa Cruz e principal autor do estudo, disse que as descobertas iniciais incluem algumas surpresas e que os pesquisadores continuarão analisando os dados nas próximas semanas.
"Nunca fomos capazes de atingir esse nível de resolução espacial no infravermelho antes", disse Melbourne.
Além de Melbourne, a equipe de pesquisa, liderada por David Koo da UCSC e James Larkin da UCLA, inclui Jennifer Lotz, Claire Max e Jerry Nelson na UCSC; Shelley Wright e Matthew Barczys na UCLA; e Antonin H. Bouchez, Jason Chin, Scott Hartman, Erik Johansson, Robert Lafon, David Le Mignant, Paul J. Stomski, Douglas Summers, Marcos A. van Dam e Peter L. Wizinowich no Observatório Keck.
“Pela primeira vez nessas imagens profundas do universo, podemos cobrir todos os comprimentos de onda da luz, do óptico ao infravermelho, com o mesmo nível de resolução espacial. Isso nos permite observar subestruturas detalhadas em galáxias distantes e estudar suas estrelas constituintes com uma precisão que não poderíamos obter de outra forma ”, disse Koo, professor de astronomia e astrofísica na UCSC.
As imagens foram obtidas por Wright e pela equipe Keck AO durante os testes do sistema de óptica adaptativa a laser guia estrela no telescópio Keck II de 10 metros. São as primeiras imagens com qualidade científica de galáxias distantes obtidas com o novo sistema. Isso marca um passo importante para o CATS (Center for Optics Adaptive Survey), que usará a óptica adaptativa para observar uma grande amostra de galáxias fracas e distantes no início do universo, disse Larkin, da UCLA.
"Trabalhamos muito há vários anos analisando dados em torno de estrelas brilhantes. Mas temos sido muito restritos em termos do número e tipos de objetos que podemos observar. Somente com o laser podemos alcançar os alvos mais ricos e emocionantes. ” Larkin disse.
A óptica adaptativa (AO) corrige o efeito de desfoque da atmosfera, que degrada seriamente as imagens vistas pelos telescópios terrestres. Um sistema AO mede com precisão esse desfoque e corrige a imagem usando um espelho deformável, aplicando correções centenas de vezes por segundo. Para medir o desfoque, a AO requer uma fonte de luz brilhante no campo de visão do telescópio, que pode ser criada artificialmente usando um laser para excitar átomos de sódio na atmosfera superior, fazendo com que brilhem. Sem uma estrela-guia a laser, os astrônomos tiveram que confiar em estrelas brilhantes (“estrelas-guia naturais”), o que limita drasticamente onde a AO pode ser usada no céu. Além disso, as estrelas-guia naturais são muito brilhantes para permitir observações de galáxias distantes e muito fracas na mesma parte do céu, disse Koo.
“O advento da estrela guia a laser em Keck abriu o céu para observações de óptica adaptativa, e agora podemos usar o Keck para focar nos campos em que já temos imagens ópticas profundas e maravilhosas do Telescópio Espacial Hubble”, disse Koo.
Como o diâmetro do espelho do telescópio Keck é quatro vezes maior que o do Hubble, ele pode obter imagens quatro vezes mais nítidas que o Hubble no infravermelho próximo, agora que o sistema de óptica adaptativa à estrela guia laser está disponível para superar os efeitos de desfoque da atmosfera.
As imagens apresentadas na reunião da AAS foram obtidas em uma área do céu conhecida como campo GOODS-Sul, onde observações profundas já foram feitas pelo Hubble, o Observatório de Raios-X Chandra e outros telescópios. Existem seis galáxias fracas nas imagens, incluindo duas fontes de raios-X identificadas por Chandra. As emissões de raios-X, combinadas com a morfologia desordenada desses objetos, sugeriram atividade recente de fusão, disse Melbourne. As fusões podem canalizar grandes quantidades de matéria para o centro de uma galáxia, e as emissões de raios X do centro galáctico indicam a presença de um enorme buraco negro que consome ativamente matéria.
"Agora estamos bastante certos de que estamos vendo galáxias que sofreram fusões recentes", disse Melbourne. “Um desses sistemas tem um núcleo duplo, então você pode realmente ver os dois núcleos das galáxias em fusão. O outro sistema é altamente desordenado - parece um acidente de trem - e é uma fonte de raios-X muito mais forte. ”
Além de iluminar o núcleo galáctico com emissões de raios-x, as fusões também tendem a desencadear a formação de novas estrelas, chocando e comprimindo nuvens de gás. Assim, os pesquisadores ficaram surpresos ao descobrir que o sistema com núcleo duplo é dominado por estrelas relativamente antigas e não parece estar produzindo muitas estrelas jovens.
"Se estamos certos sobre o cenário da fusão, essa fusão está ocorrendo entre duas galáxias que já haviam formado a maior parte de suas estrelas bilhões de anos antes e não tinham muito gás sobrando para formar novas estrelas", disse Melbourne.
Se um estudo adicional mostrar que esses objetos são comuns ainda mais no tempo, essas observações podem ajudar a explicar um dos quebra-cabeças da formação de galáxias. De acordo com a teoria predominante da formação hierárquica de galáxias, grandes galáxias são construídas ao longo de bilhões de anos por meio de fusões entre galáxias menores. Desde que as fusões desencadeiam a formação de estrelas, tem sido difícil explicar a existência de galáxias muito grandes que carecem de populações significativas de estrelas jovens.
“Uma idéia é que você pode ter a chamada fusão seca, onde duas galáxias cheias de estrelas antigas, mas pouco gás se fundem sem formar muitas estrelas novas. O que estamos vendo neste objeto é consistente com uma fusão seca ”, disse Melbourne. "Mesmo em uma fusão seca, ainda pode haver gás suficiente para alimentar o buraco negro, produzindo emissões de raios-X, mas não o suficiente para produzir uma forte explosão de formação de estrelas".
Outras observações nos comprimentos de onda do infravermelho médio a distante, esperadas ainda este ano pelo Telescópio Espacial Spitzer, podem ajudar a confirmar isso. Os dados do Spitzer fornecerão uma melhor indicação do conteúdo de poeira da galáxia, uma variável crucial na interpretação dessas observações, disse Melbourne.
O sistema de óptica adaptativa a laser guide star foi financiado pela Fundação W. Keck. O sistema de estrela guia de laser artificial foi desenvolvido e integrado em uma parceria entre o Laboratório Nacional Lawrence Livermore e o W. O laser foi integrado em Keck com a ajuda de Dee Pennington, Curtis Brown e Pam Danforth. A câmera de infravermelho próximo NIRC2 foi desenvolvida pelo Instituto de Tecnologia da Califórnia, UCLA e pelo Observatório Keck. O Observatório Keck é operado como uma parceria científica entre a CalTech, a Universidade da Califórnia e a Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço.
Este trabalho foi apoiado pelo Center for Adaptive Optics, um centro de ciência e tecnologia da National Science Foundation, gerenciado pela UC Santa Cruz.
Fonte original: Keck News Release
