O telescópio ALMA no Chile transformou a forma como vemos o universo, mostrando-nos partes invisíveis do cosmos. Esse conjunto de antenas incrivelmente precisas estuda uma lasca de luz de rádio de alta frequência:ondas que variam de alguns décimos de milímetro a vários milímetros de comprimento. Recentemente, cientistas levaram o ALMA ao seu limite, aproveitando os recursos de frequência mais alta (comprimento de onda mais curto) da matriz, que perscrutam uma parte do espectro eletromagnético que atravessa a linha entre a luz infravermelha e as ondas de rádio.

"Observações de rádio de alta frequência como essas normalmente não são possíveis do solo, "disse Brett McGuire, um químico do Observatório Nacional de Radioastronomia em Charlottesville, Virgínia, e autor principal em um artigo que aparece no Cartas de jornal astrofísico . “Eles exigem a extrema precisão e sensibilidade do ALMA, junto com algumas das condições atmosféricas mais secas e estáveis ​​que podem ser encontradas na Terra. "

Sob condições atmosféricas ideais, que ocorreu na noite de 5 de abril de 2018, astrônomos treinaram a frequência mais alta do ALMA, visão submilimétrica em uma curiosa região da nebulosa da pata do gato (também conhecida como NGC 6334I), um complexo de formação de estrelas localizado a cerca de 4, 300 anos-luz da Terra na direção da constelação sul de Scorpius.

As observações anteriores do ALMA desta região em frequências mais baixas revelaram a turbulenta formação de estrelas, um ambiente altamente dinâmico, e uma grande quantidade de moléculas dentro da nebulosa.

Para observar em frequências mais altas, as antenas do ALMA são projetadas para acomodar uma série de "bandas" - numeradas de 1 a 10 - em que cada uma estuda uma porção específica do espectro. Os receptores da Banda 10 observam na frequência mais alta (comprimentos de onda mais curtos) de qualquer um dos instrumentos ALMA, cobrindo comprimentos de onda de 0,3 a 0,4 milímetros (787 a 950 gigahertz), que também é considerada luz infravermelha de comprimento de onda longo.

Essas observações inéditas do ALMA com a Banda 10 produziram dois resultados empolgantes.

Jatos de vapor da Protostar

Um dos primeiros resultados da Banda 10 do ALMA também foi um dos mais desafiadores, a observação direta de jatos de vapor d'água fluindo de uma das proto-estrelas maciças da região. O ALMA foi capaz de detectar a luz de comprimento de onda submilimétrica emitida naturalmente pela água pesada (moléculas de água feitas de oxigênio, átomos de hidrogênio e deutério, que são átomos de hidrogênio com um próton e um nêutron no núcleo).

"Normalmente, não seríamos capazes de ver diretamente este sinal específico do solo, "disse Crystal Brogan, astrônomo do NRAO e co-autor do artigo. "Atmosfera da Terra, mesmo em lugares extremamente áridos, ainda contém vapor de água suficiente para suprimir completamente este sinal de qualquer fonte cósmica. Durante condições excepcionalmente puras no alto Deserto de Atacama, Contudo, O ALMA pode de fato detectar esse sinal. Isso é algo que nenhum outro telescópio da Terra pode alcançar. "

À medida que as estrelas começam a se formar a partir de nuvens massivas de poeira e gás, o material ao redor da estrela cai sobre a massa no centro. Uma parte deste material, Contudo, é impulsionado para longe da proto-estrela em crescimento como um par de jatos, que carregam gases e moléculas, incluindo água.

A água pesada que os pesquisadores observaram está fluindo para longe de uma única proto-estrela ou de um pequeno grupo de proto-estrelas. Esses jatos são orientados de forma diferente do que parecem ser jatos muito maiores e potencialmente mais maduros que emanam da mesma região. Os astrônomos especulam que os jatos de água pesada vistos pelo ALMA são recursos relativamente recentes apenas começando a se mover para a nebulosa circundante.

Essas observações também mostram que nas regiões onde essa água está batendo no gás circundante, Masers de água de baixa frequência - versões de laser de microondas que ocorrem naturalmente - surgem. Os masers foram detectados em observações complementares pelo Very Large Array da National Science Foundation.

ALMA Observa Molecules Galore

Além de fazer imagens marcantes de objetos no espaço, ALMA também é um sensor químico cósmico extremamente sensível. À medida que as moléculas caem e vibram no espaço, eles emitem luz naturalmente em comprimentos de onda específicos, que aparecem como picos e quedas em um espectro. Todas as bandas receptoras do ALMA podem detectar essas impressões digitais espectrais exclusivas, mas essas linhas nas frequências mais altas oferecem uma visão única dos mais leves, produtos químicos importantes, como água pesada. Eles também fornecem a capacidade de ver sinais de complexos, moléculas quentes, que têm linhas espectrais mais fracas em frequências mais baixas.

Usando a Banda 10, os pesquisadores foram capazes de observar uma região do espectro que é extraordinariamente rica em impressões digitais moleculares, incluindo glicoaldeído, a molécula mais simples relacionada ao açúcar.

Em comparação com as observações anteriores melhores do mundo da mesma fonte com o Observatório Espacial Herschel da Agência Espacial Europeia, as observações do ALMA detectaram mais de dez vezes mais linhas espectrais.

"Detectamos uma grande quantidade de moléculas orgânicas complexas em torno desta massiva região de formação de estrelas, "disse McGuire." Estes resultados foram recebidos com entusiasmo pela comunidade astronômica e mostram mais uma vez como o ALMA irá remodelar nossa compreensão do universo. "

O ALMA é capaz de tirar vantagem dessas raras janelas de oportunidade quando as condições atmosféricas são "perfeitas", usando o agendamento dinâmico. Que significa, os operadores do telescópio e astrônomos monitoram cuidadosamente o clima e conduzem as observações planejadas que melhor se adaptam às condições prevalecentes.

"Certamente, existem algumas condições que devem ser atendidas para conduzir uma observação bem-sucedida usando a Banda 10, "concluiu Brogan." Mas esses novos resultados do ALMA demonstram o quão importante essas observações podem ser. "

"Para permanecer na vanguarda da descoberta, os observatórios devem inovar continuamente para impulsionar o que a astronomia pode realizar, "disse Joe Pesce, o diretor de programa do Observatório Nacional de Radioastronomia da NSF. "Esse é um elemento central do NRAO da NSF, e seu telescópio ALMA, e esta descoberta empurra o limite do que é possível através da astronomia baseada em solo. "

Esta pesquisa é apresentada em um artigo intitulado "Primeiros resultados de uma pesquisa de linha espectral de banda 10 ALMA de NGC 6334I:Detecções de glicolaldeído (HC (O) CH2OH) e uma nova saída bipolar compacta em HDO e CS, "por B. McGuire et al. no Cartas de jornal astrofísico .