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Crédito: ESO
Dois bilhões de anos após o Big Bang, o Universo ainda era muito jovem. No entanto, milhares de galáxias enormes, ricas em estrelas e poeira, já se formaram. Um estudo internacional, liderado pela SISSA — Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati, agora explica como isso foi possível. Os cientistas combinaram métodos observacionais e teóricos para identificar os processos físicos por trás de sua evolução e, pela primeira vez, encontraram evidências de um rápido crescimento de poeira devido a uma alta concentração de metais no Universo distante. O estudo, publicado na Astronomy & Astrophysics , oferece uma nova abordagem para investigar a fase evolutiva de objetos massivos
Desde sua descoberta inicial há 20 anos, galáxias muito distantes e massivas que formam uma quantidade prodigiosa de estrelas jovens - as chamadas galáxias 'empoeiradas' (formadoras de estrelas) - representam um sério desafio para os astrônomos: "Por um lado, são difíceis detectar porque eles residem em regiões densas do Universo distante e contêm partículas empoeiradas que absorvem a maior parte da luz óptica irradiada por estrelas jovens ", explica Darko Donevski, pós-doutorado no SISSA. "Por outro lado, muitos desses 'gigantes' empoeirados foram formados quando o Universo era muito jovem, às vezes até com menos de 1 bilhão de anos, e os cientistas se perguntam como uma quantidade tão grande de poeira foi produzida tão cedo em Tempo".
O estudo desses objetos exóticos agora é possível graças ao Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA). Este interferômetro de 66 telescópios no deserto de Atacama, no norte do Chile, é capaz de detectar a luz infravermelha que penetra nas nuvens empoeiradas, revelando a presença de estrelas em formação. No entanto, a origem de grande quantidade de poeira no início do tempo cósmico ainda é uma questão em aberto para os astrônomos. “Ao longo de muitos anos os cientistas pensaram que a produção de poeira cósmica se devia exclusivamente à explosão de supernovas. No entanto, trabalhos teóricos recentes sugerem que a poeira também pode crescer por meio de colisões de partículas de gás frio rico em metais que preenche as galáxias”, explica o pesquisador.
Uma equipe internacional de pesquisadores de instituições sediadas na Europa, Estados Unidos, Canadá e África do Sul, liderada por Donevski, combinou métodos observacionais e teóricos para estudar 300 galáxias distantes e empoeiradas a fim de desvendar a origem desses 'gigantes'. Em particular, eles inferiram as propriedades físicas dessas galáxias empoeiradas ajustando suas distribuições de energia espectral. "Encontramos uma grande quantidade de massa de poeira na maioria de nossas galáxias. Nossas estimativas mostraram que as explosões de supernovas não poderiam ser responsáveis por tudo isso e uma parte teve que ser produzida por meio de colisões de partículas no ambiente rico em metais gasosos em torno de estrelas massivas, como previamente suposto por modelos teóricos ", diz Donevski. "Esta é a primeira vez que dados observacionais sustentam a existência de ambos os mecanismos de produção".
Os cientistas também analisaram a proporção de massa de poeira por estrela ao longo do tempo para estudar a eficiência com que as galáxias criam e destroem poeira durante sua evolução. "Isso nos permitiu identificar o ciclo de vida da poeira em duas populações diferentes de galáxias: galáxias normais, chamadas de 'sequência principal", que estão evoluindo lentamente, e mais extremas, galáxias em rápida evolução, chamadas de' explosões estelares '", disse Lara Pantoni, aluno de doutorado da SISSA, que desenvolveu o modelo analítico usado para a interpretação dos dados. O modelo mostra o grande potencial na descrição de diferenças nesses dois grupos de galáxias observadas. "Curiosamente, também mostramos que, independentemente da distância, estelar massa ou tamanho, as galáxias compactas 'em explosão' sempre têm uma proporção de massa estelar / poeira mais alta do que as galáxias normais".
Para avaliar completamente as descobertas observacionais, a equipe de astrônomos também confrontou seus dados com as simulações de galáxia de última geração. Eles usaram o SIMBA, uma nova suíte que simula a formação e evolução de milhões de galáxias desde o início do Universo até os tempos atuais, rastreando todas as suas propriedades físicas, incluindo a massa de poeira. "Até agora, os modelos teóricos tinham problemas para combinar a poeira da galáxia e as propriedades estelares simultaneamente. No entanto, nosso novo conjunto de simulação cosmológica, SIMBA, poderia reproduzir a maioria dos dados observados", explica Desika Narayanan, professora de astronomia da Universidade da Flórida e membro do instituto DAWN em Copenhagen.
"Nosso estudo mostra que a produção de poeira em 'gigantes' é dominada por um crescimento muito rápido de partículas por meio de suas colisões com o gás. Assim, ele fornece a primeira prova forte de que a formação de poeira ocorre durante a morte de estrelas e no espaço entre essas estrelas massivas, como pressuposto de estudos teóricos ", conclui Donevski. "Além disso, oferece uma nova abordagem mista para investigar a evolução de objetos massivos no Universo distante que serão testados com futuros telescópios espaciais como o Telescópio Espacial James Webb".
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Oferecido pela International School of Advanced Studies (SISSA)
https://phys.org/news/2021-01-unveiling-cosmic-distant-universe.html
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HélioR.M.Cabral (Economista,
Escritor e Divulgador de conteúdos da
Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso de
Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina
(UFSC).
Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas”.
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´sRadiant Energy System) administrado pela NASA.A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica
Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA
Globe Cloud, 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 National Oceanic and Atmospheric
Administration (NOAA) e U.S Department of State.
e-mail: heliocabral@coseno.com.br
Page:
http://pesqciencias.blogspot.com.br
Page: http://livroseducacionais.blogspot.com.br
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