Quando vamos quebrar o recorde da galáxia mais distante já descoberta?

A galáxia mais distante já descoberta no Universo conhecido, GN-z11, tem sua luz vindo até nós há 13,4 bilhões de anos: quando o Universo tinha apenas 3% de sua idade atual. Mas existem galáxias ainda mais distantes por aí. (NASA, ESA e G. Bacon (STScI))

O atual detentor do recorde é um doozy e está no limite do que o Hubble pode fazer. Mas há ainda mais por aí.


Os maiores avanços na ciência geralmente ocorrem quando sondamos novas fronteiras.



Toda a nossa história cósmica é teoricamente bem compreendida, mas apenas qualitativamente. É confirmando e revelando observacionalmente vários estágios no passado do nosso Universo que devem ter ocorrido, como quando as primeiras estrelas e galáxias se formaram, que podemos realmente entender nosso cosmos. (Nicole Rager Fuller / National Science Foundation)



Quando examinamos o abismo do espaço mais profundamente do que nunca, revelamos milhares de galáxias distantes.

Várias campanhas de longa exposição, como o Hubble eXtreme Deep Field (XDF) mostrado aqui, revelaram milhares de galáxias em um volume do Universo que representa uma fração de um milionésimo do céu. Ao todo, estimamos que existam dois trilhões de galáxias contidas no Universo observável. (NASA, ESA, H. Teplitz e M. Rafelski (IPAC/Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Arizona State University) e Z. Levay (STScI))



Para vê-los, três obstáculos devem ser superados: sua fraqueza, sua aparente vermelhidão e a matéria neutra intermediária.

A luz pode ser emitida em um determinado comprimento de onda, mas a expansão do Universo irá esticá-lo enquanto viaja. A luz emitida no ultravioleta será deslocada totalmente para o infravermelho ao considerar uma galáxia cuja luz chega de 13,4 bilhões de anos atrás. (Larry McNish do RASC Calgary Center)

As galáxias mais distantes parecem muito vermelhas, porque o comprimento de onda de sua luz emitida é esticado pela expansão do espaço.



À medida que o tecido do Universo se expande, os comprimentos de onda das fontes de luz distantes também são esticados. No caso das primeiras estrelas, isso pode transformar a luz ultravioleta distante em luz infravermelha média. (E. Siegel / Além da Galáxia)

Superamos isso olhando para comprimentos de onda infravermelhos de luz mais longos.

Embora existam galáxias ampliadas, ultradistantes, muito vermelhas e até infravermelhas no eXtreme Deep Field, existem galáxias que estão ainda mais distantes lá fora. (NASA, ESA, R. Bouwens e G. Illingworth (UC, Santa Cruz))



As grandes distâncias os deixam fracos, então devemos confiar na lupa natural de Einstein para expô-los.

Uma grande massa de primeiro plano, como uma galáxia massiva ou aglomerado de galáxias, pode esticar, distorcer, mas, mais importante, ampliar a luz de uma galáxia de fundo se a configuração for ideal. (NASA/ESA/A. Gonzalez (U. da Flórida), A. Stanford (UC Davis) e M. Brodwin (U. do Missouri))



Galáxias em primeiro plano e grandes aglomerados de galáxias atuam como uma lente gravitacional, revelando essas galáxias mais distantes.

O aglomerado de galáxias MACS 0416 do Hubble Frontier Fields, com a massa mostrada em ciano e a ampliação da lente mostrada em magenta. Essa área de cor magenta é onde a ampliação da lente será maximizada. Mapear a massa do aglomerado nos permite identificar quais locais devem ser sondados para as maiores ampliações e candidatos ultradistantes de todos. (Equipe STScI/NASA/CATS/R. Livermore (UT Austin))

Finalmente, além de uma certa distância, o Universo não formou estrelas suficientes para reionizar o espaço e torná-lo 100% transparente.

Diagrama esquemático da história do Universo, destacando a reionização. Antes da formação de estrelas ou galáxias, o Universo estava cheio de átomos neutros que bloqueiam a luz. Enquanto a maior parte do Universo não se torna reionizada até 550 milhões de anos depois, algumas regiões afortunadas são reionizadas em épocas muito anteriores. (S.G. Djorgovski et al., Caltech Digital Media Center)

Só percebemos galáxias em algumas direções fortuitas, onde ocorreu uma copiosa formação de estrelas.

Somente porque esta galáxia distante, GN-z11, está localizada em uma região onde o meio intergaláctico é principalmente reionizado, o Hubble pode nos revelar no momento. Para ver mais longe, precisamos de um observatório melhor, otimizado para esses tipos de detecção, do que o Hubble. (NASA, ESA e A. Feild (STScI))

Em 2016, nós descobriu fortuitamente GN-z11 em um redshift de 11,1 : de 13,4 bilhões de anos atrás.

A enorme 'mergulho' que você vê no gráfico aqui, um resultado direto do último estudo de Bowman et al. (2018), mostra o sinal inconfundível de emissão de 21 cm de quando o Universo tinha entre 180 e 260 milhões de anos. Isso corresponde, acreditamos, à ativação da primeira onda de estrelas e galáxias no Universo. Com base nessa evidência, a ativação começa em um desvio para o vermelho de 22 ou mais. (J.D. Bowman et al., Nature, 555, L67 (2018))

Mas evidências recentes e indiretas sugere estrelas formadas em redshifts ainda maiores e tempos anteriores.

Em distâncias maiores e correspondendo a épocas anteriores, a luz de galáxias cada vez mais distantes parecerá ser desviada para o vermelho mais severamente. O Hubble pode atingir cerca de 1,6 mícron de comprimento de onda, mas isso não é suficiente para obter as primeiras galáxias que deveriam existir. (E. Siegel)

Devemos ir mais longe no infravermelho do que as capacidades do Hubble permitem.

O Telescópio Espacial James Webb vs. Hubble em tamanho (principal) e vs. uma série de outros telescópios (inserção) em termos de comprimento de onda e sensibilidade. Deve ser capaz de ver as primeiras galáxias, mesmo aquelas que nenhum outro observatório consegue ver. Seu poder é verdadeiramente sem precedentes. (Equipe científica da NASA / JWST)

Isso requer o Telescópio Espacial James Webb.

As primeiras estrelas e galáxias do Universo serão cercadas por átomos neutros de (principalmente) gás hidrogênio, que absorve a luz das estrelas. O hidrogênio torna o Universo opaco ao visível, ultravioleta e uma grande fração da luz infravermelha. Devemos ir a comprimentos de onda longos para ter uma chance. (Nicole Rager Fuller / National Science Foundation)

Primeiras galáxias, preparem-se. Nos vemos em 2020 .


Principalmente Mute Monday conta a história astronômica de um objeto, região ou fenômeno no Universo em imagens, visuais e não mais de 200 palavras. Fale menos, sorria mais.

Começa com um estrondo é agora na Forbes , e republicado no Medium graças aos nossos apoiadores do Patreon . Ethan é autor de dois livros, Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .

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