Crédito da imagem: PPARC
Até agora, os astrônomos não conseguiram encontrar muitos dados sobre o que aconteceu numa fase inicial da evolução do Universo, quando se pensa que as estrelas foram formadas. Mas novas pesquisas, realizadas por astrônomos que usam o observatório Gemini no Chile, revelaram várias galáxias de 8 a 11 bilhões de anos atrás, que são mais formadas do que o esperado. Eles pensaram que veriam protogalaxias colidindo umas com as outras, mas, em vez disso, encontraram galáxias muito maduras. É possível que os buracos negros fossem muito mais comuns no Universo primitivo e servissem de âncoras para formar galáxias rapidamente.
Até agora, os astrônomos estavam quase cegos ao olhar para trás no tempo para examinar uma época em que se esperava que a maioria das estrelas do Universo se formasse. Este ponto cego cosmológico crítico foi removido por uma equipe, incluindo um cientista do Reino Unido, usando o Telescópio Norte Frederick C. Gillett Gemini, mostrando que muitas galáxias no jovem Universo não estão se comportando como o esperado cerca de 8 a 11 bilhões de anos atrás.
A surpresa: essas galáxias parecem estar mais formadas e maduras do que o esperado neste estágio inicial da evolução do Universo. Essa descoberta é semelhante a um professor que entra na sala de aula esperando receber uma sala cheia de adolescentes indisciplinados e encontrar jovens adultos bem-arrumados.
"A teoria nos diz que essa época deve ser dominada por pequenas galáxias se chocando", disse o Dr. Roberto Abraham (Universidade de Toronto), que é um pesquisador principal da equipe que conduz as observações em Gemini. “Estamos vendo que uma grande fração das estrelas do Universo já existe quando o Universo era bem jovem, o que não deveria ser o caso. Esse vislumbre do tempo mostra claramente que precisamos repensar o que aconteceu durante essa época inicial da evolução galáctica. Os teóricos definitivamente terão algo para roer! ”
Os resultados foram anunciados hoje na 203ª reunião da Sociedade Astronômica Americana em Atlanta, Geórgia. Os dados serão divulgados em breve para toda a comunidade astronômica para análise posterior, e quatro artigos estão quase concluídos para publicação no The Astrophysical Journal e no Astronomical Journal.
O Dr. Isobel Hook, líder do Grupo de Apoio ao Gêmeos do Reino Unido, com base na Universidade de Oxford, é membro da equipe multinacional Gemini Deep Deep Survey (GDDS) que realizou a investigação. Ela explica como a técnica funciona. A equipe usou uma técnica especial para capturar a mais fraca luz galáctica já dissecada no arco-íris de cores chamado espectro. Ao todo, foram coletados espectros de mais de 300 galáxias, a maioria dentro do que é chamado de "Deserto do Desvio Vermelho", um período relativamente inexplorado do Universo visto por telescópios que remontam a uma época em que o universo tinha apenas 3-6 bilhões de anos velho.
Ela acrescenta: Esses espectros representam a amostra mais completa já obtida de galáxias no Deserto do Redshift. Ao obter grandes quantidades de dados de quatro campos amplamente separados, esta pesquisa fornece a base estatística para tirar conclusões suspeitas de observações anteriores feitas pelo Telescópio Espacial Hubble, Observatório Keck, Telescópio Subaru e Telescópio Very Large na última década.
Estudar as galáxias fracas nesta época, quando o Universo tinha apenas 20-40% de sua idade atual, representa um desafio assustador para os astrônomos, mesmo ao usar a capacidade de captação de luz de um telescópio muito grande como o Gemini North com seu espelho de 8 metros. Todas as pesquisas anteriores sobre galáxias neste reino se concentraram em galáxias onde está ocorrendo intensa formação estelar, o que facilita a obtenção de espectros, mas produz uma amostra tendenciosa. O GDDS foi capaz de selecionar uma amostra mais representativa, incluindo as galáxias que possuem as galáxias mais normais, mais escuras e mais massivas que exigem técnicas especiais para persuadir um espectro de sua luz fraca.
“Os dados de Gêmeos são a pesquisa mais abrangente já feita sobre a maior parte das galáxias que representam condições no início do Universo. Estas são as galáxias massivas que são realmente mais difíceis de estudar devido à falta de luz energética proveniente da formação de estrelas. Essas galáxias altamente desenvolvidas, cuja juventude formadora de estrelas já se foi há muito, simplesmente não deveriam estar lá, mas estão ”, disse o pesquisador principal Dr. Karl Glazebrook (Universidade Johns Hopkins).
Os astrônomos que tentam entender esse problema podem ter que colocar tudo em cima da mesa. "Não está claro se precisamos ajustar os modelos existentes ou desenvolver um novo para entender essa descoberta", disse o terceiro investigador principal da pesquisa, Dr. Patrick McCarthy (observatórios da Carnegie Institution). “É bastante óbvio pelos espectros de Gêmeos que essas galáxias são realmente muito maduras e não estamos vendo os efeitos da obscuridade da poeira. Obviamente, existem alguns aspectos importantes sobre o início da vida das galáxias que nós simplesmente não entendemos. É até possível que os buracos negros tenham sido muito mais onipresentes do que pensávamos no início do Universo e tenham desempenhado um papel maior na propagação da formação inicial de galáxias. ”
O que é indiscutivelmente a teoria da evolução galáctica dominante postula que a população de galáxias nesse estágio inicial deveria ter sido dominada por blocos de construção evolucionários. Apropriadamente chamado de Modelo Hierárquico, ele prevê que galáxias normais a grandes, como as estudadas neste trabalho, ainda não existiriam e se formariam a partir de colméias locais de atividade onde grandes galáxias cresciam. O GDDS revela que esse pode não ser o caso.
Os espectros desta pesquisa também foram usados para determinar a poluição do gás interestelar por elementos pesados (chamados "metais") produzidos pelas estrelas. Este é um indicador chave da história da evolução estelar nas galáxias. Sandra Savaglio (Universidade Johns Hopkins), que estudou esse aspecto da pesquisa, disse: “Nossa interpretação do Universo é fortemente afetada pela maneira como o observamos. Como o GDDS observou galáxias muito fracas, pudemos detectar o gás interestelar, mesmo que parcialmente obscurecido pela presença de poeira. Estudando a composição química do gás interestelar, descobrimos que as galáxias em nossa pesquisa são mais ricas em metal do que o esperado. ”
O astrônomo da Caltech, Dr. Richard Ellis, comentou: “O Gemini Deep Deep Survey representa uma conquista muito significativa, tanto técnica como cientificamente. A pesquisa forneceu um novo e valioso censo de galáxias durante um período fundamental da história cósmica, difícil de estudar até agora, principalmente para o componente inativo da população da galáxia. ”
Fazer observações no Deserto do Redshift frustrou os astrônomos modernos na última década. Embora os astrônomos soubessem que muitas galáxias devem existir no Deserto do Redshift, é apenas um "deserto" porque não conseguimos obter bons espectros de muitas delas. O problema está no fato de que os principais recursos espectroscópicos usados para estudar essas galáxias foram desviados para o vermelho devido à expansão do Universo em uma parte do espectro óptico que corresponde a um brilho fraco, natural e obscurecedor na atmosfera noturna da Terra.
Para superar esse problema, uma técnica sofisticada chamada “Nod and Shuffle” foi usada no telescópio Gemini. “A técnica Nod and Shuffle nos permite captar o fraco brilho natural do céu noturno para revelar os espectros tênues de galáxias abaixo dele. Essas galáxias são 300 vezes mais fracas que o brilho do céu ”, explica a Dra. Kathy Roth, astrônoma de Gemini que também fazia parte da equipe e obteve grande parte dos dados. “Ele provou ser uma maneira extremamente eficaz de reduzir radicalmente o“ ruído ”ou os níveis de contaminação encontrados no sinal de um detector de luz eletrônico”.
Cada observação durou o equivalente a cerca de 30 horas e produziu quase 100 espectros simultaneamente. Todo o projeto exigiu mais de 120 horas totais de tempo no telescópio. "Este é um tempo valioso no céu, mas quando você considera que isso nos permitiu ajudar a preencher uma lacuna crucial de 20% em nossa compreensão do Universo, foi um tempo bem gasto", acrescenta o Dr. Glazebrook, que desenvolveu o uso de Nod e Shuffle com Joss Hawthorn para observações fracas de galáxias, enquanto no Observatório Anglo-Australiano há alguns anos atrás.
Estudos anteriores no Deserto do Redshift se concentraram em galáxias que não eram necessariamente representativas dos sistemas convencionais. Para este estudo, as galáxias foram cuidadosamente selecionadas com base nos dados do Las Campanas Infrared Survey, a fim de garantir que as galáxias fortes que emitem ultravioletas que emitem ultravioletas não sejam super amostradas. "Este estudo é único, pois fomos capazes de estudar o extremo vermelho do espectro, e isso nos diz sobre a idade das estrelas antigas", diz o Dr. Abraham. “Realizamos exposições incrivelmente longas com a Geminiab dez vezes mais do que as exposições típicas. Vamos analisar galáxias muito mais fracas do que geralmente é o caso, e concentrar-nos na maior parte das estrelas, em vez de apenas nas jovens e vistosas. Isso torna muito mais fácil descobrir como as galáxias estão evoluindo. Não adivinhamos mais estudando objetos jovens e assumindo que os objetos antigos não estavam contribuindo muito para a história da evolução da galáxia. Acontece que existem muitas galáxias antigas por aí, mas são realmente difíceis de encontrar. ”
Fonte original: Comunicado de imprensa do PPARC
