A impressão deste artista mostra uma galáxia do tipo Via Láctea no Universo local, rodeado por um halo muito maior de azul, luz fraca, feito de fótons Lyman-alfa. Enquanto esses fótons foram produzidos em torno do calor, jovens estrelas em regiões muito mais centrais, eles lutam para escapar das galáxias, sofrendo muitas absorções e reemissões enquanto tentam escapar, e criando esses halos gigantes. Para galáxias distantes típicas, apenas alguns por cento realmente conseguem. Isso é o que os astrônomos agora foram capazes de ver em galáxias semelhantes que existiam 11 bilhões de anos atrás, em um muito jovem, universo ativo. Isso tem implicações importantes para estudar o jovem Universo, onde esses fótons são extremamente importantes, mas geralmente são medidos apenas no componente central de cada galáxia. Crédito:ESO / L. Calçada
Astrônomos liderados por David Sobral e Jorryt Matthee, das Universidades de Lancaster no Reino Unido e Leiden na Holanda descobriram halos gigantes em torno das primeiras galáxias do tipo Via Láctea, feito de fótons (partículas elementares de luz) que lutaram para escapar deles. A equipe relata suas descobertas no jornal Avisos mensais da Royal Astronomical Society .
Para entender como nossa própria galáxia, a Via Láctea, se formou e evoluiu, os astrônomos dependem da observação de galáxias distantes. Como sua luz leva bilhões de anos para chegar até nós, telescópios podem ser usados como máquinas do tempo, contanto que tenhamos um indicador claro para apontar a distância para os objetos sendo observados. Tal como acontece com as galáxias mais próximas, estrelas e planetas, astrônomos usam a técnica de espectroscopia para analisar sua luz, dispersando-o em um espectro.
Os cientistas, então, procuram por características (linhas espectrais) que lhes dizem sobre as propriedades, incluindo a composição, temperatura e movimento do objeto. Com as galáxias mais distantes, apenas uma característica espectral normalmente se destaca, a chamada linha Lyman-alfa associada ao gás hidrogênio.
Jorryt Matthee comenta:"Estrelas recém-nascidas em galáxias muito distantes são quentes o suficiente para quebrar o hidrogênio em nuvens de gás circundantes, que então brilha intensamente na luz Lyman-alfa, em teoria, as características mais fortes observáveis em uma galáxia distante. Ainda na prática, Os fótons Lyman-alpha lutam para escapar das galáxias enquanto o gás e a poeira bloqueiam e divergem em seus caminhos de viagem, tornando-o um processo complexo de entender. "
A figura mostra algumas observações conduzidas com o Telescópio Isaac Newton em La Palma e com o telescópio UKIRT no Havaí de uma das (quase 1000) galáxias do tipo Via Láctea no início do Universo. Os resultados permitiram aos astrônomos medir onde, e quantos, fótons foram produzidos (indicados pelas linhas de contorno vermelhas), e então compare com aqueles que realmente escaparam (linhas de contorno azuis) dessas galáxias distantes. Os resultados revelam grandes halos de fótons Lyman-alfa que lutaram para escapar, enquanto a grande maioria desses fótons nunca consegue sair. Crédito:J. Matthee / D. Sobral
Usando o Telescópio Isaac Newton (INT) em La Palma, nas Ilhas Canárias, astrônomos desenvolveram um experimento único para estudar quase 1000 galáxias distantes. Eles examinaram o céu usando a Wide Field Camera e filtros personalizados, a fim de medir onde o Lyman-alpha é produzido, quanto dela existe, e de onde sai das galáxias.
David Sobral diz:"Usamos dezenas de noites dedicadas no INT para entender como os fótons Lyman-alpha escapam, e de quais galáxias. Olhamos para trás no tempo 11 bilhões de anos, essencialmente, o limite de onde podemos identificar galáxias distantes e estudá-las em detalhes. Mais importante, fomos capazes de prever com precisão quantos fótons Lyman-alfa foram efetivamente produzidos em cada galáxia e onde isso aconteceu. Em seguida, os comparamos com os que realmente alcançam o INT. "
Os resultados mostram que apenas 1-2% desses fótons escapam dos centros de galáxias como a Via Láctea. Mesmo se contabilizarmos todos os fótons a uma grande distância do centro, menos de 10% escapam.
"Galáxias que formam estrelas no Universo distante parecem estar rodeadas por uma superfície impressionantemente grande, fraco halo de fótons Lyman-alfa que tiveram que viajar por centenas de milhares de anos-luz em uma série quase infinita de eventos de absorção e reemissão, até que estivessem finalmente livres. Agora precisamos entender exatamente como e por que isso acontece ", acrescenta Sobral.
Quando o Telescópio Espacial James Webb começar a operar em 2018, os astrônomos esperam ser capazes de olhar ainda mais para trás no tempo, abrindo uma nova janela nas primeiras galáxias e estrelas. Estudar como a fração de escape evolui ao longo do tempo pode nos dizer sobre o tipo de estrelas que produzem esses fótons, e as propriedades do gás interestelar e intergaláctico.
