Pequenas Mas Abundantes: Como As Galáxias Mais Apagadas Iluminaram o Início do Universo

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observatory_150105Os astrônomos que investigam o comportamento do universo logo depois do Big Bang fizeram uma descoberta surpreendente: as propriedades do início do universo são determinadas pelas galáxias menores. A equipe relatou suas descobertas num artigo publicado na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, e pode ser encontrado no final desse post.

Logo depois do Big Bang, o universo estava ionizado: matéria ordinária constituída de hidrogênio com seus prótons positivamente carregados arrancados de seus elétrons negativamente carregados. Eventualmente, o universo era frio o bastante para que os elétrons e prótons se combinassem e formassem hidrogênio neutro. Esse gás frio eventualmente formaria as primeiras estrelas no universo, mas por milhões de anos não existiam estrelas. Os astrônomos, porém, não são capazes de ver como o cosmos se desenvolveu durante essas “eras negras” usando telescópios convencionais. A luz voltou quando estrelas recém formadas e galáxias reionizaram o universo durante o período conhecido como “época da reionização”.

Os astrônomos concordam que o universo se tornou totalmente reionizado aproximadamente um bilhão de anos depois do Big Bang. Cerca de 200 milhões de anos depois do nascimento do cosmos, a radiação ultravioleta das estrelas começou a dividir o hidrogênio neutro em elétrons e prótons. Isso levou outros 800 milhões de anos para completar o processo. Essa época de reionização marcou a maior mudança para o gás no universo, e se mantém ionizado até hoje, mais de 12 bilhões de anos depois.

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Contudo, os astrônomos não concordam quais as galáxias que tiveram um papel mais importante nesse processo. Muitos focavam a importância nas galáxias maiores. O novo estudo feito por pesquisadores no Georgia Institute of Technology e no San Diego Supercomputer Center indica que os cientistas devem focar nas galáxias menores.

Os pesquisadores usaram simulações em computadores para demonstrar que as galáxias menores e mais apagadas no início do universo foram essenciais. Essas pequenas galáxias – apesar de serem 1000 vezes menores em massa e 30 vezes menores em tamanho do que a Via Láctea – contribuíram para cerca de 30% da luz ultravioleta durante esse processo.

Outros estudos frequentemente ignoram essas pequenas galáxias “anãs” como se elas não fossem capazes de formar estrelas, pois a luz ultravioleta das galáxias maiores próximas é muito forte e suprimia essas vizinhas menores.


Porém essas galáxias anãs formam sim estrelas, normalmente em uma explosão, que aconteceu cerca de 500 milhões de anos depois do Big Bang. “As galáxias eram pequenas, mas eram muitas de modo que elas puderam contribuir de forma significante para uma fração da luz ultravioleta no processo de reionização”, disse o Prof. John wise do Georgia Institute of Technology.

As simulações da equipe modelaram o fluxo da luz ultravioleta estelar através do gás dentro das galáxias enquanto elas se formaram. Eles encontraram que a fração dos fótons ionizantes escapando no espaço intergaláctico era de 50% nas galáxias menores (mais de 10 milhões de massas solares). Essa fração era de somente 5% nas galáxias menores (300 milhões de massas solares). Essa elevada fração, combinada com sua alta abundância, é exatamente a razão por que as galáxias mais apagadas tiveram um papel integral durante a reionização.


“É muito difícil para a luz ultravioleta escapar das galáxias devido ao denso gás que as preenche”, disse Wise. “Em galáxias pequenas, existe menos gás entre as estrelas, fazendo com que fosse mais fácil para a luz ultravioleta escapar pois ela não era absorvida tão rapidamente. Além disso, explosões de supernovas podem abrir canais mais facilmente nas galáxias menores por onde a luz ultravioleta pode escapar”.


Os resultados de simulação da equipe fornecem uma linha de tempo gradual que rastreia o progresso de reionização no decorrer de centenas de milhões de anos. Cerca de 300 milhões de anos depois do Big Bang, o universo era somente 20% ionizado. Ele era de 50% em 550 milhões de anos. O universo simulado estava totalmente ionizado 860 milhões de anos depois de sua criação.


“O fato dessas pequenas galáxias poderem contribuir tanto para a reionização é uma surpresa real”, disse o Prof. Michael Norman, da Universidade da Califórnia em San Diego, e um dos coautores do artigo. “Mais uma vez, o supercomputador está nos ensinando o novo e o inesperado; algo que será necessário ser levado em consideração em futuros estudos sobre a reionização”.

A equipe de pesquisa espera aprender mais sobre essas galáxias apagadas quando uma nova geração de telescópios estiver operacional. Por exemplo, o Telescópio Espacial James Webb da NASA, programado para ser lançado em 2018, será capaz observá-las.


Fonte:

https://www.ras.org.uk/news-and-press/2482-small-but-plentiful-how-the-faintest-galaxies-illuminated-the-early-universe

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Sérgio Sacani

Sérgio Sacani

Formado em geofísica pelo IAG da USP, mestre em engenharia do petróleo pela UNICAMP e doutor em geociências pela UNICAMP. Sérgio está à frente do Space Today, o maior canal de notícias sobre astronomia do Brasil.

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