O Universo muito jovem era um lugar escuro. Ele estava repleto de hidrogénio que bloqueava a luz e de pouco mais.
A luz só começou a dominar quando as primeiras estrelas “acenderam” e passaram a iluminar o que havia ao redor com radiação ultravioleta. Esse momento ficou conhecido como a Época da Reionização.
No entanto, antes de o Universo ficar bem iluminado, um tipo específico e enigmático de luz conseguiu atravessar a escuridão: as emissões Lyman-alfa.
Apesar de o Universo primordial ser escuro demais para a luz se propagar através do gás opaco que o dominava, astrónomos ainda assim detetaram algumas linhas Lyman-alfa anteriores ao “acender das luzes” na Época da Reionização.
De onde veio essa luz? Essa tem sido uma questão importante e ainda sem resposta que muita gente tem discutido há anos.
O que são as emissões Lyman-alfa e a floresta Lyman-alfa
As emissões Lyman-alfa ocorrem no intervalo do ultravioleta e surgem a partir de átomos de hidrogénio quando os seus eletrões mudam para um estado específico de energia. As linhas espectrais Lyman-alfa fazem parte do que os astrónomos chamam de floresta Lyman-alfa.
A “floresta” é um conjunto de linhas de absorção geradas pelo hidrogénio associado a objetos astronómicos muito distantes. À medida que a luz desses objetos atravessa nuvens de gás com diferentes desvios para o vermelho, forma-se esse padrão de linhas Lyman-alfa.
Um desafio para a astronomia extragaláctica
“Oferecer uma explicação para a surpreendente deteção de Lyman-alfa nessas galáxias tão antigas é um grande desafio para os estudos extragalácticos”, escrevem os autores de uma investigação recente.
O estudo foi publicado na revista Astronomia da Natureza e pode ter encontrado a resposta. O trabalho tem o título “Decifrando a emissão Lyman-alfa nas profundezas da época de reionização”. O autor principal é Callum Witten, investigador do Instituto Kavli de Cosmologia da Universidade de Cambridge, no Reino Unido.
“Uma das questões mais intrigantes que observações anteriores trouxeram foi a deteção de luz vinda de átomos de hidrogénio no Universo muito primitivo, algo que deveria ter sido totalmente bloqueado pelo gás neutro ‘pristino’ formado após o Big Bang”, disse Witten num comunicado à imprensa.
“Muitas hipóteses já tinham sido sugeridas para explicar a grande fuga dessa emissão ‘inexplicável’.”
Como o Telescópio Espacial James Webb (JWST) esclarece as emissões Lyman-alfa
Agora, porém, há um novo “xerife cosmológico” na cidade: o Telescópio Espacial James Webb.
O JWST foi concebido justamente para conseguir olhar para os primeiros tempos do Universo - um dos principais motores de todo o projeto.
A capacidade do JWST de captar os fotões libertados pelas estrelas das primeiras galáxias, ainda no início da vida do Universo, abriu uma nova janela para esse período e está a conduzir a respostas para várias perguntas antigas. O telescópio combina sensibilidade e resolução angular suficientes para seguir a luz ancestral até à sua origem.
“Aqui, tiramos proveito único de imagens de alta resolução e alta sensibilidade da Câmara de Infravermelho Próximo do Telescópio Espacial James Webb para mostrar que todas as galáxias numa amostra de emissores de Lyman-alfa com desvio para o vermelho >7 têm companheiros próximos”, escrevem os investigadores no artigo. Esse ponto é crucial e tem implicações enormes.
O que o JWST viu no emissor Lyman-alfa LAE EGSY8p68
As imagens do JWST do emissor Lyman-alfa LAE EGSY8p68 exibem um nível de detalhe superior ao que se obtinha com o Telescópio Espacial Hubble. O poder de resolução do JWST revelou um aglomerado de galáxias menores e mais ténues ao redor das galáxias brilhantes em LAE EGSY8p68 - algo que o Hubble não conseguia ver. A área, na verdade, é muito mais movimentada e povoada, com intensa formação estelar.
“Onde o Hubble via apenas uma galáxia grande, o Webb vê um conjunto de galáxias menores a interagir, e essa revelação teve um impacto enorme no nosso entendimento sobre a emissão inesperada de hidrogénio em algumas das primeiras galáxias”, afirmou o coautor Sergio Martin-Alvarez, da Universidade Stanford.
As galáxias iniciais eram produtoras extraordinárias de estrelas e, por isso, fontes abundantes de emissões Lyman-alfa. A maior parte dessa radiação era bloqueada pelo hidrogénio neutro primordial que preenchia o espaço entre as galáxias no Universo jovem. Então, o que significa o facto de que a maioria dos Emissores de Lyman-alfa (LAEs) é composta por galáxias com vizinhos próximos?
Fusões de galáxias, formação estelar e “canais” de hidrogénio ionizado
Segundo os autores, isso indica que fusões de galáxias - e a formação estelar intensa associada - estão por trás das emissões Lyman-alfa. Uma simulação de fusão galáctica gerou uma imagem simulada do JWST que se parece de forma notável com a imagem real do telescópio ao observar galáxias em interação.
Esta figura do estudo ajuda a esclarecer parte dos resultados. O painel superior esquerdo e o painel inferior esquerdo são duas imagens do LAE EGSY8p68. A de cima é do JWST, e a de baixo é do Telescópio Espacial Hubble. O JWST, mais poderoso, mostrou alguns companheiros galácticos próximos de LAE EGSY8p68. De b a e estão imagens de uma simulação de fusão galáctica chamada Azahar. Duas dessas imagens simuladas são versões “mock” do que o JWST veria se estivesse a observar uma fusão. Essas duas imagens são muito semelhantes à imagem real do JWST em a. O roxo em e indica a densidade das emissões Lyman-alfa. (Witten et al. 2023)
Para testar a hipótese, os investigadores recorreram a simulações de fusões e interações galácticas chamadas Azahar. O Azahar mostrou que, à medida que a massa estelar se concentrava e estrelas se formavam nessas galáxias iniciais, duas coisas aconteciam.
As estrelas geravam emissões Lyman-alfa e, ao mesmo tempo, produziam bolhas e canais de hidrogénio ionizado dentro do hidrogénio neutro que bloqueava a luz. Essas bolhas e canais abriam caminho para que as emissões Lyman-alfa escapassem.
O estudo também indica que existiam mais fusões de galáxias no Universo primordial do que era possível identificar antes de o JWST começar a operar.
Essas fusões, bem como as interações e a formação estelar abundante que elas desencadearam, são responsáveis tanto por produzir as emissões Lyman-alfa quanto por criar uma rota de saída através do hidrogénio neutro denso e opaco que dominava o Universo jovem.
Em termos simples, a elevada taxa de fusões galácticas no Universo inicial explica as misteriosas emissões Lyman-alfa.
Os investigadores ainda não terminaram. Eles planeiam observações mais detalhadas de galáxias em diferentes fases de fusão para desenvolver ainda mais essa ideia.
Este artigo foi publicado originalmente pelo Universe Today. Leia o artigo original.
Comentários
Ainda não há comentários. Seja o primeiro!
Deixar um comentário