Impressão artística de um progenitor de galáxias semelhantes à Via Láctea no início do universo com um quasar de fundo brilhando através de um 'super halo' de gás hidrogênio em torno da galáxia. Novas observações do ALMA de duas dessas galáxias revelam que esses vastos halos se estendem muito além da poeira das galáxias, discos de formação de estrelas. As galáxias foram inicialmente encontradas pela absorção da luz de fundo do quasar que passava pelas galáxias. O ALMA foi capaz de criar imagens do carbono ionizado nos discos das galáxias, revelando detalhes cruciais sobre suas estruturas. Crédito:A. Angelich (NRAO / AUI / NSF)
Por décadas, astrônomos descobriram galáxias distantes detectando a maneira característica como seu gás absorve luz de um quasar brilhante no fundo. Mas os esforços para observar a luz emitida por essas mesmas galáxias não tiveram sucesso. Agora, uma equipe de astrônomos usando o Atacama Large Millimeter Array (ALMA) no Chile observou emissões de duas galáxias distantes inicialmente detectadas por suas assinaturas de absorção de quasar, e os resultados não foram os esperados.
Por uma coisa, emissões impulsionadas pela formação de estrelas nas galáxias foram separadas por uma distância surpreendente do gás denso revelado pela absorção de quasar, indicando que as galáxias estão embutidas em um halo estendido de gás hidrogênio. As taxas estimadas de formação de estrelas também foram inesperadamente altas.
"Esperávamos ver emissões fracas bem no topo do quasar, e, em vez disso, vimos galáxias brilhantes em grandes separações do quasar, "disse J. Xavier Prochaska, professor de astronomia e astrofísica da UC Santa Cruz e co-autor de um artigo sobre as novas descobertas publicado em 24 de março em Ciência .
O gás hidrogênio neutro revelado por sua absorção de luz de quasar é provavelmente parte de um grande halo ou disco estendido de gás ao redor da galáxia, disse o primeiro autor Marcel Neeleman, um pós-doutorado na UC Santa Cruz. "Não é onde está a formação de estrelas, e ver tanto gás que longe da região de formação estelar significa que há uma grande quantidade de hidrogênio neutro ao redor da galáxia, "Neeleman disse." Não sabemos se é em um grande, disco estendido de gás que está caindo, ou se for apenas um halo realmente denso de gás ao redor da galáxia. "
A absorção de luz de um quasar de fundo revela concentrações de gás hidrogênio neutro em sistemas 'Lyman-alfa amortecidos'. Novas observações de dois sistemas revelaram as galáxias associadas. Como pode ser visto nesta imagem em cores falsas, o gás é detectado a uma distância surpreendente da região de formação de estrelas, indicando um grande halo ou disco estendido de gás ao redor da galáxia. Neste sistema, a separação é de cerca de 137, 000 anos-luz (42 quiloparsecs). Crédito:M. Neeleman
O espectro de emissão de uma das galáxias indica a presença de um disco giratório, Prochaska anotou. "Essas galáxias parecem ser massivas, poeirento, e sistemas de rápida formação estelar, com grande, camadas estendidas de gás, "disse ele." Essas observações nos dão uma visão fantástica de como galáxias como a nossa Via Láctea se pareciam 13 bilhões de anos atrás. "
Para Prochaska, o artigo representa o culminar de uma busca que ele começou em 2003 com seu doutorado. consultor na UC San Diego, o falecido Arthur M. Wolfe (também co-autor do artigo). Wolfe foi o pioneiro no uso de espectros de quasar para estudar as concentrações de gás hidrogênio neutro no universo distante, conhecidos como sistemas Lyman-alfa amortecidos (DLA), devido às características de absorção que o gás hidrogênio imprime na luz do quasar de fundo. Wolfe também viu o potencial do ALMA para detectar emissões desses sistemas muito antes da conclusão do observatório de rádio em 2011.
"Há 14 anos que queremos fazer isso, "Prochaska disse." O 'Santo Graal' tem sido identificar e estudar as galáxias que hospedam o gás hidrogênio que vemos em espectros de quasares, e foi necessária uma facilidade com a capacidade do ALMA para fazê-lo. "
Os pesquisadores usaram o ALMA para procurar assinaturas de emissão no infravermelho distante das galáxias que eles sabiam que podiam ser distinguidas da luz brilhante dos quasares. O carbono ionizado emite uma linha espectral brilhante em um comprimento de onda característico no infravermelho (158 mícrons), que os astrônomos podem usar como um traçador da estrutura galáctica no universo distante. Os pesquisadores também observaram emissões de poeira no infravermelho distante, o que lhes permitiu estimar as taxas de formação de estrelas.
A absorção de luz de um quasar de fundo revela concentrações de gás hidrogênio neutro em sistemas 'Lyman-alfa amortecidos'. Novas observações de dois sistemas revelaram as galáxias associadas. Como pode ser visto nesta imagem em cores falsas, o gás é detectado a uma distância surpreendente da região de formação de estrelas, indicando um grande halo ou disco estendido de gás ao redor da galáxia. Neste sistema, a separação é de cerca de 59, 000 anos-luz (18 quiloparsecs). Crédito:M. Neeleman
O conjunto configurável de antenas de rádio do ALMA permitiu que os astrônomos concentrassem sua busca por emissões de galáxias na área ao redor de cada um dos dois DLAs, localizado a uma distância de cerca de 13 bilhões de anos-luz. Daquela distância, a luz agora alcançando os telescópios dá aos astrônomos um vislumbre de um estágio inicial da formação da galáxia, cerca de 1 bilhão de anos após o big bang.
"Esta é a época em que as galáxias estavam realmente começando a decolar em termos de formação de estrelas - uma espécie de surto de crescimento na adolescência antes de atingir o pico de formação de estrelas cerca de 2 bilhões de anos depois, "Prochaska disse.
As observações indicam que ambas as galáxias estão formando estrelas a taxas moderadamente altas, com uma taxa de formação de estrelas superior a 100 massas solares por ano para uma galáxia e cerca de 25 massas solares por ano para a outra. A separação do quasar foi de cerca de 137, 000 anos-luz (42 quiloparsecs) para uma galáxia e cerca de 59, 000 anos-luz (18 quiloparsecs) para o outro.
De acordo com Neeleman, astrônomos presumiram que detectar a luz emitida pelas galáxias que hospedam os DLAs é difícil porque está oculta na luz intensa dos quasares de fundo. Dada a grande separação dessas galáxias de seus quasares associados, Contudo, pode ser que eles estejam obscurecidos pela poeira, ele disse. Com ALMA, os pesquisadores foram capazes de detectar a luz das estrelas absorvida e re-irradiada em comprimentos de onda mais longos pela poeira.
Prochaska disse que espera obter observações semelhantes de uma amostra muito maior de galáxias nos próximos anos.
