O Telescópio Espacial Hubble da NASA Registra Raro Arco Gravitacional em Um Distante Aglomerado de Galáxias

Ver é crer, a não ser quando você não acredita no que vê.

Astrônomos usando o Telescópio Espacial Hubble da NASA descobriram um arco de luz desafiador atrás de um aglomerado de galáxias extremamente massivo residindo a 10 bilhões de anos-luz de distância. O agrupamento galáctico, descoberto pelo Telescópio Espacial Spitzer da NASA, foi observado quando o universo tinha aproximadamente um quarto da sua idade atual de 13.7 bilhões de anos. O gigantesco arco é a forma esticada de uma galáxia mais distante que tem sua luz distorcida pela gravidade poderosa do monstruoso aglomerado, um efeito conhecido como lente gravitacional.

O problema é um só, o arco não deveria existir.

“Quando eu o vi pela primeira vez, eu fiquei olhando para ele e pensando que em algum momento ele iria embora”, disse o líder do estudo Anthony Gonzalez da Universidade da Flórida em Gainesville. “De acordo com as análises estatísticas, os arcos deveriam ser extremamente raros nessa distância. No início do universo, a expectativa é que não existiam galáxias o suficiente atrás do aglomerado brilhantes o suficiente para serem observadas, mesmo se elas fossem distorcidas pelo aglomerado. O outro problema é que os aglomerados de galáxias tornam-se menos massivos à medida que se vai mais distante no tempo. Isso quer dizer que é mais difícil encontrar um aglomerado com massa o suficiente para ser uma boa lente para gravitacionalmente curvar a luz de uma galáxia distante”.

Aglomerados de galáxias são coleções de centenas a milhares de galáxias unidas pela gravidade. Eles são as estruturas mais massivas do universo. Os astrônomos normalmente estudam aglomerados de galáxias procurando por galáxias muito mais distantes amplificadas atrás deles que caso contrário seriam muito apagadas para serem observadas com os telescópios. Muitas dessas galáxias gravitacionalmente amplificadas têm sido encontradas atrás de aglomerados de galáxias mais perto da Terra.

A surpresa nessa observação do Hubble é o registro de uma galáxia amplificada por um aglomerado extremamente distante. Denominado de IDCS J1426.5+3508, o aglomerado é o mais massivo encontrado nessa época do universo, pesando algo em torno de 500 trilhões de sóis. Ele é entre 5 a 10 vezes maior do que outros aglomerados encontrados nesse momento inicial do universo. A equipe registrou o aglomerado numa pesquisa usando o Telescópio Espacial Spitzer da NASA em combinação com imagens ópticas de arquivo feitas como parte do National Optical Astronomy Observatory’s Deep Wide Field Survey no Kitt Peak National Observatory em Tucson no Arizona. As imagens combinadas permitiram que eles pudessem ver o aglomerado  como um agrupamento de galáxias bem vermelhas indicando que elas são bem distantes.

Esse sistema único constitui o aglomerado mais distante conhecido a hospedar um gigantesco arco de lente gravitacional. A descoberta desse antigo arco gravitacional pode levar os pesquisadores a descobrirem como, durante os primeiros momentos depois do big bang, as condições foram ajustadas para o crescimento de aglomerados no universo primordial.

O arco foi registrada em imagens ópticas do aglomerado feitas em 2010 pela Advanced Camera for Surveys do Hubble. As capacidades infravermelhas da Wide Field Camera 3 (WFC3) do Hubble, ajudaram a fornecer a distância precisa, confirmando que ele é um dos aglomerados mais distantes já descoberto.

Uma vez que os astrônomos determinaram a distância do aglomerado, eles usaram o Hubble, o rádio telescópio Combined Array for Research in Millimeter-wave Astronomy (CARMA), e o Observatório de Raios-X Chandra da NASA para mostrar de forma independente que o agrupamento galáctico é muito massivo.

O CARMA ajudou os astrônomos a determinarem a massa do aglomerado medindo como a luz primordial do big bang foi afetada à medida que ela passava através do gás extremamente quente e tênue que permeia o agrupamento. Os astrônomos então usaram as observações com a WFC3 para mapear a massa do aglomerado calculando quanta massa do aglomerado seria necessária para produzir o arco gravitacional. Os dados do Chandra que revelaram o brilho do aglomerado em raios-X, foi também usado para medir a massa do aglomerado.

“A chance de se encontrar um gigantesco aglomerado como esse no início do universo é menor que um por cento na pequena área pesquisada”, disse um membro da equipe, Mark Brodwin da Universidade do Missouri em Kansas City. “Ele compartilha um caminho evolucionário com alguns dos mais massivos aglomerados que nós observamos hoje, como o Aglomerado Coma e o recentemente descoberto Aglomerado El Gordo”.

Uma análise do arco revelou que o objeto por ele amplificado é uma galáxia de formação de estrela que existia entre 10 e 13 bilhões de anos atrás. A equipe espera usar o Hubble novamente para obter uma medida mais precisa da distância da galáxia que é amplificada pelo arco.

Gonzalez tem considerado algumas possibilidades para explicar o arco.

Uma explicação é que os distantes aglomerados de galáxias, diferente dos próximos, têm concentrações mais densas de galáxias em seus núcleos, fazendo com que eles sejam uma lente mais eficiente. Contudo, mesmo se os distantes núcleos fossem mais densos, essa massa adicional ainda não deveria fornecer músculo gravitacional suficiente para produzir um gigantesco arco como o visto nas observações de Gonzalez de acordo com análises estatísticas.

Outra possibilidade é que flutuações microscópicas iniciais na matéria ocorridas logo depois do big bang foram diferentes daquelas previstas pelas simulações do modelo cosmológico, e então produziram aglomerados de galáxias mais massivos do que se esperava.

“Eu não estou convencido por nenhuma das explicações”, disse o próprio Gonzalez. “Além do mais só encontramos um exemplo. Nós realmente precisamos estudar os aglomerados de galáxias extremamente massivos que existiram entre 8 e 10 bilhões de anos atrás para ver quantos mais objetos distorcidos gravitacionalmente poderão ser encontrados”.

Os resultados da equipe de astrônomos estão descritos nos três artigos apresentados no final desse post e que aparecerão na edição de 10 de Julho de 2012 do The Astrophysical Journal. Gonzalez é o autor de um dos artigos, Brodwin de outro e Adam Stanford da Universidade da Califórnia em Davis do terceiro.

Fonte:

http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2012/19/full/

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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