Imagem em cor falsa de uma região de 2 graus quadrados do campo de pesquisa LAGER, criado a partir de imagens tiradas no óptico a 500 nm (azul), no infravermelho próximo a 920 nm (vermelho), e em um filtro de banda estreita centrado em 964 nm (verde). O último é sensível à emissão de alfa de Lyman de hidrogênio em z ~ 7. As pequenas caixas brancas indicam as posições das 23 LAEs descobertas na pesquisa. As inserções detalhadas (amarelo) mostram duas das LAE mais brilhantes; eles têm 0,5 minutos de arco de um lado, e os círculos brancos têm 5 segundos de arco de diâmetro. Crédito:Zhen-Ya Zheng (SHAO) e Junxian Wang (USTC).
Astrônomos que estudam o Universo distante descobriram que pequenas galáxias formadoras de estrelas eram abundantes quando o Universo tinha apenas 800 milhões de anos, alguns por cento de sua idade atual. Os resultados sugerem que as primeiras galáxias, que iluminou e ionizou o Universo, formado em tempos ainda mais antigos.
Muito tempo atras, cerca de 300, 000 anos após o início do Universo (o Big Bang), o Universo estava escuro. Ainda não havia estrelas e galáxias, e o Universo foi preenchido com gás hidrogênio neutro. Em algum ponto, as primeiras galáxias apareceram, e sua radiação energética ionizou seus arredores, o gás intergaláctico, iluminando e transformando o Universo.
Embora se saiba que essa transformação dramática ocorreu em algum momento no intervalo entre 300 milhões de anos e 1 bilhão de anos após o Big Bang, determinar quando as primeiras galáxias se formaram é um desafio. O gás intergaláctico, que é inicialmente neutro, absorve e espalha fortemente a luz ultravioleta emitida pelas galáxias, tornando-os difíceis de detectar.
Para saber quando a transformação ocorreu, os astrônomos fazem uma abordagem indireta. Usando a demografia de pequenas galáxias em formação de estrelas para determinar quando o gás intergaláctico se tornou ionizado, eles podem inferir quando as fontes ionizantes, as primeiras galáxias, formado. Se galáxias formadoras de estrelas, que brilham à luz da linha alfa de Lyman do hidrogênio, são cercados por gás hidrogênio neutro, os fótons alfa de Lyman são facilmente dispersos, muito parecido com faróis no nevoeiro, obscurecendo as galáxias. Quando o gás é ionizado, o nevoeiro levanta, e as galáxias são mais fáceis de detectar.
Um novo estudo com esta abordagem descobriu 23 galáxias emissoras alfa de Lyman (LAEs) candidatas que estavam presentes 800 milhões de anos após o Big Bang (em um redshift de z ~ 7), a maior amostra detectada até o momento naquela época. O estudo, "Lyman-Alpha Galaxies in the Epoch of Reionization" (LAGER), foi realizado por uma equipe internacional de astrônomos da China, os EUA, e o Chile usando a Dark Energy Camera (DECam) no telescópio CTIO 4 m Blanco.
Marcos na história do Universo (não em escala). O gás intergaláctico estava em um estado neutro por volta de 300, 000 anos após o Big Bang até que a luz da primeira geração de estrelas e galáxias começou a ionizá-lo. O gás foi completamente ionizado após 1 bilhão de anos. O estudo LAGER examina de perto o estado do Universo em 800 milhões de anos (caixa amarela) para investigar quando e como essa transformação ocorreu. Crédito:NAOJ.
Embora o estudo tenha detectado muitos LAEs, também descobriu que LAEs eram 4 vezes menos comuns em 800 milhões de anos do que pouco tempo depois, em 1 bilhão de anos (em um desvio para o vermelho de z ~ 5,7). Os resultados implicam que o processo de ionização do Universo começou cedo e ainda estava incompleto em 800 milhões de anos, com o gás intergaláctico cerca de metade neutro e metade ionizado naquela época. A baixa taxa de incidência de LAEs em 800 milhões de anos resulta da supressão de sua emissão alfa de Lyman por gás neutro intergaláctico.
O estudo mostra que "a névoa já estava se dissipando quando o universo tinha 5% de sua idade atual", explicou Sangeeta Malhotra (Goddard Space Flight Center e Arizona State University), um dos co-líderes da pesquisa.
Junxian Wang (USTC), o organizador do estudo, mais explicado, "Nossa descoberta de que o gás intergaláctico é 50% ionizado em z ~ 7 implica que uma grande fração das primeiras galáxias que ionizaram e iluminaram o universo se formaram cedo, menos de 800 milhões de anos após o Big Bang. "
Para Zhenya Zheng (Observatório Astronômico de Xangai, CAS), o autor principal do artigo que descreve esses resultados, "800 milhões de anos é a fronteira atual nos estudos de reionização." Embora centenas de LAEs tenham sido encontrados em épocas posteriores, apenas cerca de duas dúzias de LAEs candidatas eram conhecidas em 800 milhões de anos antes do estudo atual. Os novos resultados aumentam drasticamente o número de LAEs conhecidos nesta época.
"Nada dessa ciência teria sido possível sem os recursos de campo amplo do DECam e seu pipeline de comunidade para redução de dados, "comentou o co-autor James Rhoads." Essas capacidades permitem levantamentos eficientes e, portanto, a descoberta de galáxias fracas, bem como raras, brilhantes. "
Para desenvolver esses resultados, a equipe está "continuando a busca por galáxias formadoras de estrelas distantes em um volume maior do Universo", disse Leopoldo Infante (Pontificia Catolica University of Chile e Carnegie Institution for Science), "para estudar o agrupamento de LAEs." O agrupamento fornece percepções exclusivas sobre como a névoa se dissipou. A equipe também está investigando a natureza dessas galáxias distantes.
