p Usando o Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), astrônomos descobriram uma galáxia bebê em rotação com 1/100 do tamanho da Via Láctea em uma época em que o universo tinha apenas 7% de sua idade atual. Graças à ajuda do efeito de lente gravitacional, a equipe foi capaz de explorar pela primeira vez a natureza de pequenas e escuras "galáxias normais" no início do universo, representante da população principal das primeiras galáxias, que avança enormemente nossa compreensão da fase inicial da evolução da galáxia. p "Muitas das galáxias que existiam no início do universo eram tão pequenas que seu brilho está bem abaixo do limite dos maiores telescópios atuais da Terra e do Espaço, dificultando o estudo de suas propriedades e estrutura interna, "diz Nicolas Laporte, um membro sênior Kavli da Universidade de Cambridge. "Contudo, a luz que vem da galáxia chamada RXCJ0600-z6, foi altamente ampliado por lentes gravitacionais, tornando-o um alvo ideal para estudar as propriedades e a estrutura de galáxias bebês típicas. "

p A lente gravitacional é um fenômeno natural no qual a luz emitida por um objeto distante é curvada pela gravidade de um corpo massivo, como uma galáxia ou um aglomerado de galáxias localizado em primeiro plano. O nome "lente gravitacional" é derivado do fato de que a gravidade do objeto massivo atua como uma lente. Quando olhamos através de lentes gravitacionais, a luz de objetos distantes é intensificada e suas formas são alongadas. Em outras palavras, é um "telescópio natural" flutuando no espaço.

p A equipe do ALMA Lensing Cluster Survey (ALCS) usou o ALMA para pesquisar um grande número de galáxias no início do universo que são aumentadas por lentes gravitacionais. Combinando o poder do ALMA, com a ajuda dos telescópios naturais, os pesquisadores são capazes de descobrir e estudar galáxias mais fracas.

p Por que é crucial explorar as galáxias mais fracas do universo primitivo? A teoria e as simulações preveem que a maioria das galáxias formadas algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang são pequenas, e, portanto, desmaiar. Embora várias galáxias no início do universo tenham sido observadas anteriormente, aqueles estudados foram limitados aos objetos mais massivos, e, portanto, as galáxias menos representativas no universo inicial, por causa das capacidades do telescópio. A única maneira de entender a formação padrão das primeiras galáxias, e obter uma imagem completa da formação de galáxias, é focar nas galáxias mais fracas e mais numerosas.

p A equipe ALCS realizou um programa de observação em grande escala que levou 95 horas, que é muito tempo para observações do ALMA, para observar as regiões centrais de 33 aglomerados de galáxias que poderiam causar lentes gravitacionais. Um desses clusters, chamado RXCJ0600-2007, está localizado na direção da constelação de Lepus, e tem uma massa 1000 trilhões de vezes a do Sol. A equipe descobriu uma única galáxia distante que está sendo afetada pelas lentes gravitacionais criadas por este telescópio natural. ALMA detectou a luz de íons de carbono e poeira estelar na galáxia, e junto com os dados obtidos com o telescópio Gemini, determinou que a galáxia é vista como era cerca de 900 milhões de anos após o Big Bang (12,9 bilhões de anos atrás). Uma análise mais aprofundada desses dados sugeriu que uma parte dessa fonte é vista 160 vezes mais brilhante do que é intrinsecamente.

p Medindo com precisão a distribuição de massa do aglomerado de galáxias, é possível "desfazer" o efeito de lente gravitacional e restaurar a aparência original do objeto ampliado. Ao combinar dados do Telescópio Espacial Hubble e do Very Large Telescope do European Southern Observatory com um modelo teórico, a equipe conseguiu reconstruir a forma real da galáxia distante RXCJ0600-z6. A massa total desta galáxia é cerca de 2 a 3 bilhões de vezes a do Sol, que tem cerca de 1/100 do tamanho de nossa própria galáxia, a Via Láctea.

p O que surpreendeu a equipe é que o RXCJ0600-z6 está girando. Tradicionalmente, gás nas galáxias jovens foi pensado para ter aleatório, movimento caótico. Apenas recentemente o ALMA descobriu várias galáxias jovens em rotação que desafiaram a estrutura teórica tradicional, mas estes eram várias ordens de magnitude mais brilhantes (maiores) do que RXCJ0600-z6.

p "Nosso estudo demonstra, pela primeira vez, que podemos medir diretamente o movimento interno de tais galáxias fracas (menos massivas) no Universo inicial e compará-lo com as previsões teóricas ", disse Kotaro Kohno, professor da Universidade de Tóquio e líder da equipe ALCS.

p "O fato de o RXCJ0600-z6 ter um fator de ampliação muito alto também aumenta as expectativas para pesquisas futuras, "explica Seiji Fujimoto, bolsista DAWN no ​​Instituto Niels Bohr. "Esta galáxia foi selecionada, entre centenas, a ser observado pelo Telescópio Espacial James Webb (JWST), o telescópio espacial de próxima geração a ser lançado neste outono. Por meio de observações conjuntas usando ALMA e JWST, vamos desvendar as propriedades do gás e das estrelas em uma galáxia bebê e seus movimentos internos. Quando o Thirty Meter Telescope e o Extremely Large Telescope forem concluídos, eles podem ser capazes de detectar aglomerados de estrelas na galáxia, e possivelmente até mesmo resolver estrelas individuais. Há um exemplo de lente gravitacional que tem sido usada para observar uma única estrela a 9,5 bilhões de anos-luz de distância, e esta pesquisa tem o potencial de estender isso para menos de um bilhão de anos após o nascimento do Universo. "

p Esses resultados de observação foram apresentados em Seiji Fujimoto et al. "Pesquisa ALMA Lensing Cluster:Bright [CII] 158 μm Lines from a Multiply Imaged Sub-L * Galaxy at z =6.0719" no Astrophysical Journal em 22 de abril, 2021, e Nicolas Laporte et al. "ALMA Lensing Cluster Survey:um sistema empoeirado com múltiplas imagens com lentes fortes em z> 6 "no Avisos mensais da Royal Astronomical Society em 22 de abril, 2021.