p Astrônomos do MIT e de outros lugares usaram um enorme aglomerado de galáxias como uma lupa de raios-X para espiar no tempo, a quase 9,4 bilhões de anos atrás. No processo, eles avistaram uma pequena galáxia anã logo no início, estágios de formação de estrelas de alta energia. p Embora os aglomerados de galáxias tenham sido usados ​​para ampliar objetos em comprimentos de onda ópticos, esta é a primeira vez que os cientistas alavancaram esses gigantes gravitacionais maciços para aumentar o zoom no extremo, distante, Fenômenos de emissão de raios-X.

p O que eles detectaram parece ser uma mancha azul de uma galáxia infantil, cerca de 1/10, 000 do tamanho de nossa Via Láctea, no meio da produção de suas primeiras estrelas - supermassivas, objetos de vida curta cosmicamente que emitem raios-X de alta energia, que os pesquisadores detectaram na forma de um arco azul brilhante.

p "É esta pequena mancha azul, o que significa que é uma galáxia muito pequena que contém muitos superquentes, estrelas jovens muito massivas que se formaram recentemente, "diz Matthew Bayliss, um cientista pesquisador no Instituto Kavli de Astrofísica e Pesquisa Espacial do MIT. "Esta galáxia é semelhante às primeiras galáxias que se formaram no universo ... o tipo que ninguém jamais viu em raios-X no universo distante antes."

p Bayliss diz que a detecção deste single, galáxia distante é a prova de que os cientistas podem usar aglomerados de galáxias como ampliadores naturais de raios-X, para escolher extremo, fenômenos altamente energéticos na história inicial do universo.

p "Com esta técnica, poderíamos, no futuro, amplie uma galáxia distante e determine a idade de diferentes partes dela - para dizer, esta parte tem estrelas que se formaram há 200 milhões de anos, contra outra parte que se formou há 50 milhões de anos, e separá-los de uma maneira que você não poderia fazer de outra forma, "diz Bayliss, que será transferido para a Universidade de Cincinnati como professor assistente de física.

p Ele e seus co-autores, incluindo Michael McDonald, professor assistente de física no MIT, publicaram seus resultados na revista Astronomia da Natureza .

p Uma vela na luz

p Aglomerados de galáxias são os objetos mais massivos do universo, composto por milhares de galáxias, todos ligados pela gravidade como um enorme, força poderosa. Os aglomerados de galáxias são tão massivos, e sua atração gravitacional é tão forte, que eles podem distorcer a estrutura do espaço-tempo, dobrando o universo e qualquer luz circundante, muito parecido com o que um elefante esticaria e entortaria uma rede de trapézio.

p Os cientistas usaram aglomerados de galáxias como lentes de aumento cósmicas, com uma técnica conhecida como lente gravitacional. A ideia é que se os cientistas podem aproximar a massa de um aglomerado de galáxias, eles podem estimar seus efeitos gravitacionais em qualquer luz circundante, bem como o ângulo em que um aglomerado pode desviar essa luz.

p Por exemplo, imagine se um observador, enfrentando um aglomerado de galáxias, estavam tentando detectar um objeto, como uma única galáxia, por trás desse cluster. A luz emitida por esse objeto viajaria direto para o aglomerado, em seguida, dobre ao redor do cluster. Ele continuaria viajando em direção ao observador, embora em ângulos ligeiramente diferentes, aparecendo para o observador como imagens espelhadas do mesmo objeto, que no final pode ser combinado como um único, imagem "ampliada".

p Os cientistas usaram aglomerados de galáxias para ampliar objetos em comprimentos de onda ópticos, mas nunca na banda de raios-X do espectro eletromagnético, principalmente porque os próprios aglomerados de galáxias emitem uma enorme quantidade de raios-X. Os cientistas pensaram que quaisquer raios-X provenientes de uma fonte de fundo seriam impossíveis de discernir a partir do próprio brilho do aglomerado.

p "Se você está tentando ver uma fonte de raios-X atrás de um cluster, é como tentar ver uma vela ao lado de uma luz muito forte, "Bayliss diz." Então, sabíamos que essa era uma medição desafiadora de se fazer. "

p Subtração de raios X

p Os pesquisadores se perguntaram:eles poderiam subtrair aquela luz brilhante e ver a vela atrás dela? Em outras palavras, eles poderiam remover as emissões de raios-X provenientes do aglomerado de galáxias, para ver os raios X muito mais fracos vindos de um objeto, atrás e ampliado pelo cluster?

p A equipe testou essa ideia com observações feitas pelo Observatório de Raios-X Chandra da NASA, um dos telescópios espaciais de raios-X mais poderosos do mundo. Eles olharam em particular para as medições do Chandra do aglomerado de Phoenix, um aglomerado de galáxias distante localizado a 5,7 bilhões de anos-luz da Terra, que foi estimado em cerca de um quatrilhão de vezes mais massivo que o sol, com efeitos gravitacionais que devem torná-lo um poderoso, lente de aumento natural.

p "A ideia é pegar qualquer que seja o seu melhor telescópio de raios-X - neste caso, Chandra - e use uma lente natural para ampliar e efetivamente tornar o Chandra maior, para que você possa ver coisas mais distantes, "Bayliss diz.

p Ele e seus colegas analisaram as observações do cluster Phoenix, tomado continuamente por Chandra por mais de um mês. Eles também examinaram imagens do aglomerado obtidas por dois telescópios ópticos e infravermelhos - o Telescópio Espacial Hubble e o telescópio Magalhães no Chile. Com todos esses vários pontos de vista, a equipe desenvolveu um modelo para caracterizar os efeitos ópticos do cluster, que permitiu aos pesquisadores medir com precisão as emissões de raios-X do próprio cluster, e subtraia dos dados.

p Eles ficaram com dois padrões semelhantes de emissões de raios-X em todo o cluster, que eles determinaram que eram "lentes, "ou curvado gravitacionalmente, pelo cluster. Quando eles rastrearam as emissões para trás no tempo, eles descobriram que todos eles se originaram de um único, fonte distante:uma minúscula galáxia anã de 9,4 bilhões de anos atrás, quando o próprio universo tinha aproximadamente 4,4 bilhões de anos - cerca de um terço de sua idade atual.

p "Anteriormente, Chandra tinha visto apenas um punhado de coisas a esta distância, "Bayliss diz." Em menos de 10 por cento do tempo, descobrimos este objeto, similarmente longe. E lentes gravitacionais é o que nos permite fazer isso. "

p A combinação do Chandra e do poder de lente natural do aglomerado Fênix permitiu à equipe ver a minúscula galáxia escondida atrás do aglomerado, ampliado cerca de 60 vezes. Nesta resolução, eles foram capazes de ampliar para discernir dois aglomerados distintos dentro da galáxia, um produzindo muito mais raios-X do que o outro.

p Como os raios X são normalmente produzidos durante situações extremas, fenômenos de curta duração, os pesquisadores acreditam que o primeiro aglomerado rico em raios-X sinaliza uma parte da galáxia anã que formou estrelas supermassivas muito recentemente, enquanto a região mais silenciosa é uma região mais velha que contém estrelas mais maduras.

p "Estamos capturando esta galáxia em um estágio muito útil, onde tem essas estrelas muito jovens, "Bayliss diz." Cada galáxia teve que começar nesta fase, mas não vemos muitos desses tipos de galáxias em nossa própria vizinhança. Agora podemos voltar no tempo, olhe no universo distante, encontrar galáxias nesta fase inicial de suas vidas, e começar a estudar como a formação de estrelas é diferente lá. "