Um novo instrumento único combinado com um poderoso telescópio e uma pequena ajuda da natureza deu aos pesquisadores uma espiada no berçário galáctico no coração do jovem universo. Após o big bang cerca de 13,8 bilhões de anos atrás, o universo primitivo foi preenchido com enormes nuvens de gás neutro difuso conhecido como sistemas Lyman-α em decomposição, ou DLAs. Esses DLAs serviram como berçários galácticos, pois os gases contidos neles se condensaram lentamente, alimentando a formação de estrelas e galáxias. Eles podem ser observados até hoje, mas não é fácil. “As nuvens DLA são fundamentais para entender como as galáxias se formam no universo, mas geralmente são difíceis de observar porque as nuvens são muito difusas e não emitem luz”, disseram os cientistas, Rongmon Bordoloy, professor associado de física da Carolina do Norte. Universidade Estadual e pesquisa do autor.
Atualmente, os astrofísicos usam quasares – buracos negros supermassivos que emitem luz – como “luz de fundo” para detectar nuvens DLA. E embora esse método permita que os pesquisadores identifiquem a localização dos DLAs, a luz dos quasares atua como pequenos espetos através da nuvem maciça, complicando as tentativas de medir seu tamanho e massa gerais.
Ale Bordoloy e John O'Meara, cientista-chefe do observatório da UM. Keka em Kamuel, Havaí, encontrou uma maneira de contornar esse problema usando uma galáxia com lente gravitacional e espectroscopia de campo integral para observar dois DLAs e as galáxias dentro deles que se formaram cerca de 11 bilhões de anos atrás, logo após o Big Bang.
"Galáxias com lentes gravitacionais são galáxias que parecem alongadas e brilhantes", diz Bordoloy. "Isso ocorre porque há uma estrutura gravitacionalmente massiva na frente da galáxia que distorce a luz que vem dela à medida que se move em nossa direção. Como resultado, estamos olhando para uma versão ampliada do objeto - é como usar um telescópio espacial que aumenta o zoom e nos dá uma visualização melhor."
A vantagem disso é dupla: em primeiro lugar, o objeto de fundo é alongado pelo céu e brilhante, por isso é fácil capturar leituras espectrais de diferentes partes do objeto. Segundo, porque a lente expande o objeto, partes muito pequenas podem ser examinadas. Por exemplo, se um objeto tem um ano-luz de diâmetro, podemos estudar pequenos pedaços com altíssima precisão.
As leituras espectrais permitem que os astrofísicos "vejam" elementos do espaço profundo que são invisíveis a olho nu, como DLAs gasosos difusos e galáxias potenciais dentro deles. Normalmente, a coleta de evidências é um processo longo e meticuloso. Mas os cientistas resolveram esse problema realizando espectroscopia integral usando o Keck Cosmic Web Imager.
A espectroscopia de campo integral permitiu que os pesquisadores obtivessem o espectro em cada pixel na área do céu para o qual foi direcionado, tornando a espectroscopia de um objeto estendido no céu muito eficiente. Essa inovação, combinada com a galáxia alongada e brilhante com lentes gravitacionais, permitiu que a equipe mapeasse o gás difuso do DLA pelo céu com alta precisão. Com esse método, os pesquisadores conseguiram determinar não apenas o tamanho dos dois DLAs, mas também que eles contêm galáxias hospedeiras.
“Esperei por essa combinação quase toda a minha carreira: um telescópio e instrumento poderosos o suficiente e a natureza nos dando um pouco de sorte para estudar não um, mas dois DLAs de uma nova maneira”, disseram os cientistas. "É ótimo ver a ciência colocada em prática."
A propósito, o DLA é enorme. Com um diâmetro de mais de 17,4 kiloparsecs, eles são mais de dois terços do tamanho da moderna Via Láctea. Para comparação, 13 bilhões de anos atrás, o diâmetro de uma galáxia típica era inferior a 5 kiloparsecs. Um parsec é 3,26 anos-luz e um kiloparsec é 1000 parsecs, então a luz leva cerca de 56 anos para viajar através de cada DLA.
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