Hubble quebra o recorde de distância cósmica

A galáxia mais distante do Universo conhecido: GN-z11. Crédito da imagem: NASA, ESA e G. Bacon (STScI).



A nova galáxia mais distante é um choque!


Nossas observações espectroscópicas revelam que a galáxia está ainda mais distante do que pensávamos originalmente, bem no limite de distância do que o Hubble pode observar. – Gabriel Bremmer

Graças a uma incrível combinação de sorte, tecnologia e engenhosidade humana, o Telescópio Espacial Hubble identificou, mediu e confirmou uma galáxia mais distante no espaço – e mais próxima do Big Bang – do que nunca. Como o Universo está se expandindo, e o tecido do espaço entre as galáxias se expande com o passar do tempo, quanto mais distante uma galáxia estiver, mais sua luz emitida é esticada (ou desviada para o vermelho) antes de atingir nossos olhos. Anteriormente, a galáxia mais distante do Universo era conhecida como EGS8p7 , cuja luz foi desviada para o vermelho por um fator extra de 8,63 antes de atingir nossos olhos, nos dizendo que deve ter vindo de 13,24 bilhões de anos atrás: quando o Universo tinha apenas 573 milhões de anos, ou apenas 4% de sua idade atual. Mas esse recorde foi quebrado, anunciou uma equipe internacional de cientistas usando o Telescópio Espacial Hubble .



O mais novo recordista teve sua luz desviada para o vermelho por um fator colossal de 11.1 , o que significa que a luz é ainda mais antiga: foi emitida há 13,40 bilhões de anos, quando o Universo era apenas 407 milhões de anos , ou mais próximo no tempo do Big Bang do que qualquer outra galáxia já vista antes. Demos um grande passo atrás no tempo, além do que esperávamos poder fazer com o Hubble. Vemos o GN-z11 em um momento em que o universo tinha apenas três por cento de sua idade atual, anunciou Pascal Oesch, o principal investigador deste projeto. Você precisa ser extremamente não apenas habilidoso, mas também extremamente sortudo para ver uma galáxia tão distante no tempo usando o Telescópio Espacial Hubble.

Hubble confirma espectroscopicamente a galáxia mais distante até hoje.
Créditos da imagem: NASA, ESA e A. Feild (STScI).

A parte da habilidade é saber que apenas as galáxias mais brilhantes nessas grandes distâncias serão visíveis, uma vez que o brilho aparente diminui à medida que a distância da fonte ao quadrado. A luz mais brilhante gerada vem das estrelas mais quentes e massivas, que não apenas emitem predominantemente luz ultravioleta, mas que ionizam átomos de hidrogênio, causando a transição mais brilhante e poderosa de todas em um átomo de hidrogênio: a linha Lyman-α , que vem em um comprimento de onda de apenas 121,567 nanômetros, bem fora da faixa de luz visível de ~ 400 a 700 nanômetros. À medida que você olha cada vez mais longe, o redshift entra em vigor, o que significa que esta linha é deslocada por toda a luz visível e no infravermelho: para um novo comprimento de onda de 121,567 × (1 + 11,1), onde 11,1 é o redshift, ou 1471 nanômetros. O Hubble está equipado com um espectrógrafo, o que significa que pode dividir a luz em comprimentos de onda individuais, e o comprimento de onda mais longo que está equipado para medir - que foi uma nova atualização realizada durante sua missão de manutenção final - chega a 1.600 nanômetros! De acordo com o cientista Pieter van Dokkum, investigador do estudo:

Esta é uma conquista extraordinária para o Hubble. Ele conseguiu bater todos os recordes de distância anteriores mantidos por anos por telescópios terrestres muito maiores. Este novo recorde provavelmente permanecerá até o lançamento do Telescópio Espacial James Webb.

Mas também foi preciso muita sorte! A maior parte do Universo, a essas grandes distâncias, está cheia de matéria neutra, ou gás que ainda não foi ionizado .

Diagrama esquemático da história do Universo, destacando a reionização. Créditos da imagem: S. G. Djorgovski et al., Caltech. Produzido com a ajuda do Caltech Digital Media Center.

Para que o Universo se torne transparente aos comprimentos de onda da luz ultravioleta e visível, que é o que essa luz era quando viajava pelas partes muito distantes do Universo, ela precisa ser ionizada, pois os átomos neutros bloquearão a luz visível da mesma forma que a poeira em nossa galáxia obscurece nossa visão do centro galáctico da Terra. Mas são necessárias gerações de estrelas, emitindo muita radiação ultravioleta, para que isso aconteça! É apenas por um golpe de sorte que esta galáxia - a tão grandes distâncias e redshifts - acontece de viver em uma região onde a grande maioria da matéria ao longo da linha de visão realmente passou por toda aquela formação estelar, e é clara e ionizada quando olhamos dessa maneira.

A próxima fronteira na astronomia será a Telescópio Espacial James Webb , que pode chegar de volta - em visível, infravermelho próximo e meio - comprimentos de onda infravermelhos - para sondar essas galáxias nessas grandes distâncias e desvios para o vermelho, mesmo onde o Universo não tem foi reionizado ainda. Este novo recorde provavelmente permanecerá até então, já que esse nível de serendipidade provavelmente não ocorrerá novamente. Esta galáxia é muito menor que a Via Láctea, mas ainda possui mais de um bilhão de estrelas, incluindo um número desproporcionalmente grande de estrelas azuis jovens, brilhantes e quentes. É incrível que uma galáxia tão massiva tenha existido apenas 200 milhões a 300 milhões de anos depois que as primeiras estrelas começaram a se formar. É preciso um crescimento muito rápido, produzindo estrelas a uma taxa enorme, para formar uma galáxia com um bilhão de massas solares tão cedo, diz o cientista Garth Illingsworth, também envolvido no estudo. Esta nova descoberta mostra que o telescópio Webb certamente encontrará muitas dessas galáxias jovens que remontam à época em que as primeiras galáxias estavam se formando, acrescentou.

Crédito da imagem: equipe NASA / JWST, via http://jwst.nasa.gov/comparison.html (a Principal); Equipe científica da NASA/JWST (inserção).

Em teoria, as primeiras galáxias deveriam existir com um desvio para o vermelho de 15 para 20, talvez com poucas se formando ainda mais cedo. Para referência, eis como seria o desvio para o vermelho de uma galáxia, o tempo de viagem da luz, o tempo de formação após o big bang e a distância de nós hoje:

Tabela de E. Siegel.

Esta é uma descoberta incrível e um momento incrível para estar vivo, mas ainda não terminamos. Estamos chegando cada vez mais longe em direção ao Big Bang, mas ainda não encontramos o limite de onde as primeiras estrelas e as primeiras galáxias realmente estão. À medida que nosso alcance se estende cada vez mais para trás à medida que nossa tecnologia e técnicas melhoram, talvez encontremos realmente a primeira luz no Universo na próxima década e entendamos um pouco mais profundamente a história de onde todos viemos.


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