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Os astrônomos encontraram uma nuvem de gás intocada na proximidade de um dos quasares mais distantes conhecidos, vistos apenas 850 milhões após o Big Bang (1/14 da era atual do Universo). A nuvem de gás absorve parte da luz do quasar de fundo, deixando assinaturas que permitem aos astrônomos estudar sua composição química. Essa é a nuvem de gás mais distante para a qual os astrônomos conseguiram medir uma metalicidade até hoje. Este sistema possui uma das menores quantidades de metais já identificadas em uma nuvem de gás, mas a proporção de seus elementos químicos ainda é semelhante à observada em sistemas mais evoluídos. Crédito: Max Planck Society
Astrônomos liderados por Eduardo Bañados, do Instituto Max Planck de Astronomia, descobriram uma nuvem de gás que contém informações sobre uma fase inicial da formação de galáxias e estrelas, apenas 850 milhões de anos após o Big Bang. A nuvem foi encontrada por acaso durante as observações de um quasar distante, e possui as propriedades que os astrônomos esperam dos precursores das galáxias anãs modernas. Quando se trata de abundância relativa, a química da nuvem é surpreendentemente moderna, mostrando que as primeiras estrelas do Universo devem ter se formado muito rapidamente após o Big Bang. Os resultados foram publicados no Astrophysical Journal.
Quando os astrônomos olham para objetos distantes, eles necessariamente olham para trás no tempo. A nuvem de gás descoberta por Bañados et al. está tão distante que sua luz levou quase 13 bilhões de anos para chegar até nós; por outro lado, a luz que nos chega agora nos diz como era a nuvem de gás há quase 13 bilhões de anos, não mais que 850 milhões de anos após o Big Bang. Para os astrônomos, essa é uma época extremamente interessante. Nos primeiros cem milhões de anos após o Big Bang, as primeiras estrelas e galáxias se formaram, mas os detalhes dessa evolução complexa ainda são amplamente desconhecidos.
Essa nuvem de gás muito distante foi uma descoberta fortuita. Bañados, então na Carnegie Institution for Science, e seus colegas estavam acompanhando vários quasares de uma pesquisa com 15 dos quasares mais distantes conhecidos (z³6.5), que havia sido preparada por Chiara Mazzucchelli como parte de seu doutorado. . pesquisa no Instituto Max Planck de Astronomia. A princípio, os pesquisadores apenas observaram que o quasar P183 + 05 tinha um espectro bastante incomum. Mas quando Bañados analisou um espectro mais detalhado, obtido com os telescópios Magalhães no Observatório Las Campanas, no Chile, ele reconheceu que havia algo mais: As estranhas características espectrais eram os traços de uma nuvem de gás muito próxima ao quasar distante - uma das nuvens de gás mais distantes que os astrônomos conseguiram identificar.
Iluminado por um quasar distante
Quasares são os núcleos ativos extremamente brilhantes de galáxias distantes. A força motriz por trás de sua luminosidade é o buraco negro supermassivo central da galáxia. A matéria que gira em torno desse buraco negro (antes de cair) esquenta até temperaturas que chegam a centenas de milhares de graus, emitindo enormes quantidades de radiação. Isso permite que os astrônomos usem quasares como fontes de fundo para detectar hidrogênio e outros elementos químicos na absorção: se uma nuvem de gás estiver diretamente entre o observador e um quasar distante, parte da luz do quasar será absorvida.
Os astrônomos podem detectar essa absorção estudando o espectro do quasar, ou seja, a decomposição do arco-íris da luz do quasar nas diferentes regiões de comprimento de onda. O padrão de absorção contém informações sobre a composição química da nuvem de gás , temperatura, densidade e até sobre a distância da nuvem de nós (e do quasar). Por trás disso está o fato de que cada elemento químico possui uma "impressão digital" de linhas espectrais - região estreita de comprimentos de onda na qual os átomos desse elemento podem emitir ou absorver luz particularmente bem. A presença de uma impressão digital característica revela a presença e abundância de um elemento químico específico.
Não é exatamente a nuvem que eles estavam procurando
A partir do espectro da nuvem de gás, os pesquisadores puderam identificar imediatamente a distância da nuvem e estavam olhando para os primeiros bilhões de anos da história cósmica. Eles também encontraram traços de vários elementos químicos, incluindo carbono, oxigênio, ferro e magnésio. No entanto, a quantidade desses elementos era pequena, cerca de 1/800 vezes a abundância na atmosfera do nosso Sol. Os astrônomos resumidamente chamam todos os elementos mais pesados que o hélio de "metais"; essa medição faz da nuvem de gás um dos sistemas mais pobres em metal (e distantes) conhecidos no Universo. Michael Rauch, da Carnegie Institution of Science, co-autor do novo estudo, diz:"
Encontrar essas estrelas da primeira geração, a chamada "população III", é um dos objetivos mais importantes na reconstrução da história do universo. No universo posterior, elementos químicos mais pesados que o hidrogênio desempenham um papel importante ao permitir que as nuvens de gás colapsem para formar estrelas. Mas esses elementos químicos, principalmente o carbono, são produzidos em estrelas e lançados ao espaço em explosões de supernovas. Para as primeiras estrelas, esses facilitadores químicos simplesmente não estariam lá, já que logo após a fase do Big Bang, havia apenas átomos de hidrogênio e hélio. É isso que torna as primeiras estrelas fundamentalmente diferentes de todas as estrelas posteriores.
A análise mostrou que a composição química da nuvem não era quimicamente primitiva, mas as abundâncias relativas eram surpreendentemente semelhantes às abundâncias químicas observadas nas nuvens de gás intergalácticas atuais. As proporções das abundâncias de elementos mais pesados estavam muito próximas das proporções no universo moderno. O fato de essa nuvem de gás no universo primitivo já conter metais com abundância química relativa moderna coloca desafios importantes para a formação da primeira geração de estrelas.
Tantas estrelas, tão pouco tempo
Este estudo implica que a formação das primeiras estrelas nesse sistema deve ter começado muito antes: os rendimentos químicos esperados das primeiras estrelas já haviam sido apagados pelas explosões de pelo menos mais uma geração de estrelas. Uma restrição de tempo específica vem de supernovas do tipo Ia, explosões cósmicas que seriam necessárias para produzir metais com as abundâncias relativas observadas. Tais supernovas normalmente precisam de cerca de 1 bilhão de anos para acontecer, o que coloca uma séria restrição em qualquer cenário de como as primeiras estrelas se formaram.
Agora que os astrônomos encontraram essa nuvem muito antiga, estão sistematicamente procurando por exemplos adicionais. Eduardo Bañados diz: "É empolgante podermos medir metalicidade e abundância química tão cedo na história do Universo, mas se queremos identificar as assinaturas das primeiras estrelas, precisamos sondar ainda mais cedo na história cósmica. Estou otimista. que encontraremos nuvens de gás ainda mais distantes, o que poderia nos ajudar a entender como as primeiras estrelas nasceram".
Os resultados descritos aqui foram publicados em Bañados et al., "Um sistema Lyα com amortecimento pobre em metais no desvio para o vermelho 6.4", no Astrophysical Journal.
Mais informações: Eduardo Banados, et al. Um sistema Ly-alpha com amortecimento ruim de metal no desvio para o vermelho 6.4. arXiv: 1903.06186v1 [astro-ph.GA]: arxiv.org/abs/1903.06186
Informações do periódico: Astrophysical Journa
Fornecido por Max Planck Society
Fonte: Physic News / por Max Planck Society / 06-11-2019
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HélioR.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica,
Astrobiologia e Climatologia).
Membro da Society for Science andthePublic
(SSP) e assinante de conteúdoscientíficos da NASA (NationalAeronauticsand Space
Administration) e ESA (European Space Agency).
Participa do
projeto S`CoolGroundObservation (Observações de Nuvens) que é integrado ao
Projeto CERES (CloudsandEarth´sRadiant Energy System) administrado pela NASA.A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica
Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
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GlobeCloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o
objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela
NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela
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e-mail: heliocabral@coseno.com.br
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