O telescópio cósmico faz zoom no começo do tempo

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Observações do Observatório Gemini identificam uma impressão digital chave de um quasar extremamente distante, permitindo que os astrônomos experimentem a luz emitida desde o início dos tempos. Os astrônomos encontraram este vislumbre profundo do espaço e do tempo graças a uma galáxia em primeiro plano que agia como uma lente gravitacional, que ampliava a antiga luz. As observações de Gêmeos fornecem peças críticas do quebra-cabeça, confirmando este objeto como o quasar mais brilhante, tão cedo na história do Universo.

Esta é uma imagem do Telescópio Espacial Hubble de um quasar muito distante (à direita) que foi clareado e dividido em três imagens pelos efeitos do campo gravitacional de uma galáxia em primeiro plano (esquerda). As cruzes marcam os centros de cada imagem quasar. O quasar teria passado despercebido se não fosse pelo poder das lentes gravitacionais, que aumentaram seu brilho por um fator de 50. O campo gravitacional da galáxia em primeiro plano (visto à esquerda) distorce o espaço como um espelho da casa dos sonhos, amplificando a luz do quasar. Brilhando com o brilho de 600 trilhões de sóis, o quasar é alimentado por um buraco negro supermassivo no coração de uma galáxia jovem em processo de formação. A imagem mostra o quasar como parecia 12,8 bilhões de anos atrás - apenas cerca de 1 bilhão de anos após o Big Bang. O quasar aparece vermelho porque sua luz azul foi absorvida pelo gás difuso no espaço intergaláctico. Em comparação, a galáxia em primeiro plano tem uma luz estelar mais azul. O quasar, catalogado como J043947.08 + 163415.7 (abreviadamente J0439 + 1634), pode manter o recorde de ser o mais brilhante no início do universo por algum tempo, tornando-se um objeto único para estudos de acompanhamento.

Crédito: NASA, ESA, Xiaohui Fan (Universidade do Arizona)

Observações do Observatório Gemini identificam uma impressão digital chave de um quasar extremamente distante, permitindo que os astrônomos experimentem a luz emitida desde o início dos tempos. Os astrônomos encontraram este vislumbre profundo do espaço e do tempo, graças a uma galáxia não realce que estava em primeiro plano, agindo como uma lente gravitacional, o que ampliou a antiga luz do quasar. As observações de Gêmeos fornecem peças críticas do quebra-cabeça, confirmando este objeto como o mais brilhante quasar que aparece tão cedo na história do Universo, levantando esperanças de que mais fontes como essa sejam encontradas.

Antes que o cosmos atingisse seu bilionésimo aniversário, algumas das primeiras luzes cósmicas começaram uma longa jornada através do universo em expansão. Um feixe de luz particular, proveniente de uma fonte energética chamada quasar, passava por acaso perto de uma galáxia intermediária, cuja gravidade se curvava e ampliava a luz do quasar e a redirecionava em nossa direção, permitindo que telescópios como Gêmeos Norte investigassem o quasar em grande detalhe.

"Se não fosse por esse telescópio cósmico improvisado, a luz do quasar apareceria cerca de 50 vezes mais fraca", disse Xiaohui Fan, da Universidade do Arizona, que liderou o estudo. "Esta descoberta demonstra que os quasares com lentes gravitacionalmente fortes existem, apesar do fato de que estivemos procurando por mais de 20 anos e não encontramos nenhum outro tão longe no tempo."

As observações do Gemini forneceram peças-chave do quebra-cabeça, preenchendo um buraco crítico nos dados. O telescópio Gemini North, em Maunakea, Havaí, utilizou o Espectrógrafo Infravermelho Próximo de Gêmeos (GNIRS) para dissecar uma parte significativa da parte infravermelha do espectro da luz. Os dados da Gemini continham a assinatura do magnésio, que é essencial para determinar a que distância de tempo estamos procurando. As observações de Gêmeos também levaram a uma determinação da massa do buraco negro que alimenta o quasar. "Quando combinamos os dados do Gemini com observações de múltiplos observatórios em Maunakea, o Telescópio Espacial Hubble e outros observatórios ao redor do mundo, fomos capazes de pintar um quadro completo do quasar e da galáxia intermediária", disse Feige Wang, da Universidade da Califórnia, Santa Bárbara,

Essa imagem revela que o quasar está localizado muito atrás no tempo e no espaço - logo depois do que é conhecido como a Época de Reionização - quando a primeira luz emergiu do Big Bang. "Esta é uma das primeiras fontes a brilhar quando o Universo emergiu da era da escuridão cósmica", disse Jinyi Yang, da Universidade do Arizona, outro membro da equipe de descoberta. "Antes disso, nenhuma estrela, quasares ou galáxias haviam sido formadas, até que objetos como este pareciam velas no escuro."

A galáxia em primeiro plano que aprimora nossa visão do quasar é especialmente fraca, o que é extremamente fortuito. "Se esta galáxia fosse muito mais brilhante, não conseguiríamos diferenciá-la do quasar", explicou Fan, acrescentando que essa descoberta vai mudar a maneira como os astrônomos procuram quasares com lente no futuro e pode aumentar significativamente o número de lentes quasar descobertas. No entanto, como Fan sugeriu, "não esperamos encontrar muitos quasares mais brilhantes do que este em todo o universo observável".

O intenso brilho do quasar, conhecido como J0439 + 1634 (abreviadamente J0439 + 1634), também sugere que ele é alimentado por um buraco negro supermassivo no coração de uma jovem galáxia em formação. A ampla aparência da impressão digital de magnésio capturada por Gêmeos também permitiu aos astrônomos medir a massa do buraco negro supermassivo do quasar em 700 milhões de vezes a do Sol. O buraco negro supermassivo é provavelmente cercado por um disco achatado considerável de poeira e gás. Este toro da matéria - conhecido como um disco de acreção - provavelmente continua espirrando para dentro para alimentar a casa de força dos buracos negros. Observações em comprimentos de onda submilimétricos com o Telescópio James Clerk Maxwell em Maunakea sugerem que o buraco negro não está apenas acumulando gás, mas pode estar provocando o nascimento de estrelas a uma taxa prodigiosa - que parece ser de até 10.000 estrelas por ano; em comparação, nossa Via Láctea faz uma estrela por ano. No entanto, devido ao efeito de aumento das lentes gravitacionais, a taxa real de formação de estrelas pode ser muito menor.

Os quasares são fontes extremamente energéticas alimentadas por enormes buracos negros que se acredita terem residido nas primeiras galáxias para se formarem no Universo. Por causa de seu brilho e distância, os quasares fornecem um vislumbre único das condições do Universo primitivo. Este quasar tem um desvio para o vermelho de 6,51, que se traduz em uma distância de 12,8 bilhões de anos-luz, e parece brilhar com uma luz combinada de cerca de 600 trilhões de Suns, impulsionada pela ampliação das lentes gravitacionais. A galáxia em primeiro plano que curvou a luz do quasar está a cerca de metade dessa distância, a meros 6 bilhões de anos-luz de nós.

A equipe de Fan selecionou J0439 + 1634 como um quasar candidato muito distante baseado em dados ópticos de várias fontes: o Telescópio de Levantamento Panorâmico e Sistema de Resposta Rápida1 (Pan-STARRS1; operado pelo Instituto de Astronomia da Universidade do Havaí), o Infra Reino Unido. Pesquisa do Hemisfério do Telescópio Vermelho (conduzida em Maunakea, Hawai'i), e o arquivo do telescópio espacial Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) da NASA.

As primeiras observações espectroscópicas de acompanhamento, realizadas no Telescópio Multi-Espelho no Arizona, confirmaram o objeto como um quasar de alto desvio para o vermelho. Observações subsequentes com os telescópios Gemini North e Keck I no Havaí confirmaram a descoberta do MMT e levaram à detecção de Gemini da impressão digital de magnésio crucial - a chave para pregar a fantástica distância do quasar. No entanto, a galáxia de lente de primeiro plano e o quasar parecem tão próximos que é impossível separá-los com imagens tiradas do chão devido ao embaçamento da atmosfera da Terra. Foram necessárias imagens extremamente nítidas do Telescópio Espacial Hubble para revelar que a imagem do quasar é dividida em três componentes por uma fraca galáxia de lentes.

O quasar está pronto para um escrutínio futuro. Os astrônomos também planejam usar o Atacama Large Millimeter / submillimeter Array, e eventualmente o Telescópio Espacial James Webb da NASA, para olhar dentro de 150 anos-luz do buraco negro e detectar diretamente a influência da gravidade do buraco negro no movimento do gás e na formação de estrelas. sua vizinhança. Qualquer descoberta futura de quasares muito distantes como o J0439 + 1634 continuará a ensinar os astrônomos sobre o ambiente químico e o crescimento de buracos negros maciços em nosso Universo primitivo.

Fonte da história:

Materiais fornecidos pela Associação de Universidades de Pesquisa em Astronomia (AURA). Nota: O conteúdo pode ser editado para estilo e tamanho.

https://www.sciencedaily.com/releases/2019/01/190110082707.htm

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HélioR.M.Cabral (Economista, Escritor e Pesquisador Independente na Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).

Membro da Society for Science and the Public (SSP) e assinante de conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration) e ESA (European Space Agency).

Participa do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela NASA.

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