Usando o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), do qual o ESO é parceiro, astrônomos descobriram um grande reservatório de gás quente no aglomerado de galáxias ainda em formação em torno da galáxia Spiderweb, a mais distante detecção de gás quente até o momento. Os aglomerados de galáxias são alguns dos maiores objetos conhecidos no Universo, e este resultado, publicado hoje na Nature, revela ainda mais o quão cedo essas estruturas começam a se formar.
Os aglomerados de galáxias, como o nome sugere, abrigam um grande número de galáxias, às vezes até mesmo milhares. Eles também contêm um vasto “meio intra-aglomerado” (ICM) de gás que permeia o espaço entre as galáxias no aglomerado. Este gás, na verdade, supera consideravelmente o peso das próprias galáxias. Grande parte da física dos aglomerados de galáxias é bem compreendida; no entanto, observações das primeiras fases de formação do ICM ainda são escassas.
Anteriormente, o ICM havia sido estudado apenas em aglomerados de galáxias próximas totalmente formados. Detectar o ICM em protoclusters distantes permitiria aos astrônomos capturar esses aglomerados nos estágios iniciais de formação. Uma equipe liderada por Luca Di Mascolo, primeiro autor do estudo e pesquisador da Universidade de Trieste, Itália, estava ansiosa para detectar o ICM em um protocluster dos estágios iniciais do Universo.
Os aglomerados de galáxias são tão massivos que podem reunir gás que se aquece à medida que cai em direção ao aglomerado. “As simulações cosmológicas previram a presença de gás quente em protoclusters há mais de uma década, mas a confirmação observacional estava faltando”, explica Elena Rasia, pesquisadora do Instituto Nacional de Astrofísica (INAF) em Trieste, Itália, e coautora do estudo. “Buscar tal confirmação observacional nos levou a selecionar cuidadosamente um dos protoclusters candidatos mais promissores.” Esse foi o protocluster Spiderweb, localizado em uma época em que o Universo tinha apenas 3 bilhões de anos. Apesar de ser o protocluster mais estudado intensivamente, a presença do ICM permaneceu elusiva. Encontrar um grande reservatório de gás quente no protocluster Spiderweb indicaria que o sistema está a caminho de se tornar um aglomerado de galáxias adequado e duradouro, em vez de se dispersar.
A equipe de Di Mascolo detectou o ICM do protocluster Spiderweb através do efeito térmico Sunyaev-Zeldovich (SZ). Esse efeito ocorre quando a luz do fundo cósmico de micro-ondas interage com os elétrons de movimento rápido no gás quente e ganha um pouco de energia, mudando levemente sua cor ou comprimento de onda. “Nos comprimentos de onda certos, o efeito SZ aparece como um efeito de sombra de um aglomerado de galáxias no fundo cósmico de micro-ondas”, explica Di Mascolo.
Ao medir essas sombras no fundo cósmico de micro-ondas, os astrônomos podem inferir a existência do gás quente, estimar sua massa e mapear sua forma. “Graças à sua resolução e sensibilidade incomparáveis, o ALMA é a única instalação atualmente capaz de realizar tal medição para os precursores distantes de aglomerados massivos”, diz Di Mascolo.
Eles determinaram que o protocluster Spiderweb contém um vasto reservatório de gás quente a uma temperatura de algumas dezenas de milhões de graus Celsius. Anteriormente, havia sido detectado gás frio neste protocluster, mas a massa do gás quente encontrada neste novo estudo o supera em milhares de vezes. Essa descoberta mostra que o protocluster Spiderweb deve se transformar em um aglomerado massivo de galáxias em cerca de 10 bilhões de anos, aumentando sua massa pelo menos em dez vezes.
Tony Mroczkowski, coautor do artigo e pesquisador do ESO, explica que “este sistema apresenta enormes contrastes. O componente térmico quente destruirá grande parte do componente frio à medida que o sistema evolui, e estamos testemunhando uma transição delicada”. Ele conclui que “isso fornece uma confirmação observacional das previsões teóricas de longa data sobre a formação dos maiores objetos gravitacionalmente ligados no Universo”.
Esses resultados ajudam a estabelecer as bases para sinergias entre o ALMA e o próximo Extremely Large Telescope (ELT) do ESO, que “revolucionará o estudo de estruturas como a Spiderweb”, afirma Mario Nonino, coautor do estudo e pesquisador do Observatório Astronômico de Trieste. O ELT e seus instrumentos de última geração, como o HARMONI e o MICADO, poderão espiar os protoclusters e nos contar sobre as galáxias neles em grande detalhe. Juntamente com as capacidades do ALMA para rastrear o ICM em formação, isso fornecerá um vislumbre crucial da montagem de algumas das maiores estruturas no início do Universo.
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