Uma equipe internacional de astrônomos financiada em parte pela NASA encontrou o grupo de galáxias mais distante identificado até hoje. Chamado EGS77, o trio de galáxias data de uma época em que o universo tinha apenas 680 milhões de anos, ou menos de 5% de sua idade atual de 13,8 bilhões de anos.

Mais significativamente, observações mostram que as galáxias são participantes de uma ampla reforma cósmica chamada reionização. A era começou quando a luz das primeiras estrelas mudou a natureza do hidrogênio em todo o universo de uma maneira semelhante a um lago congelado que derrete na primavera. Isso transformou a escuridão, extinguindo a luz do primeiro cosmos em um que vemos ao nosso redor hoje.

"O jovem universo estava cheio de átomos de hidrogênio, que atenuam tanto a luz ultravioleta que bloqueiam nossa visão das primeiras galáxias, "disse James Rhoads no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, que apresentou as descobertas em 5 de janeiro na 235ª reunião da American Astronomical Society em Honolulu. "EGS77 é o primeiro grupo de galáxias capturado no ato de limpar esta névoa cósmica."

Embora galáxias individuais mais distantes tenham sido observadas, EGS77 é o grupo de galáxias mais distante até agora, mostrando os comprimentos de onda específicos da luz ultravioleta distante revelada por reionização. Esta emissão, chamado Lyman alpha light, é proeminente em todos os membros do EGS77.

Em sua fase inicial, o universo era um plasma brilhante de partículas, incluindo elétrons, prótons, núcleos atômicos, e luz. Os átomos ainda não podiam existir. O universo estava em um estado ionizado, semelhante ao gás dentro de um letreiro de néon iluminado ou tubo fluorescente.

Depois que o universo se expandiu e esfriou por cerca de 380, 000 anos, elétrons e prótons combinados nos primeiros átomos - mais de 90% deles hidrogênio. Centenas de milhões de anos depois, este gás formou as primeiras estrelas e galáxias. Mas a própria presença desse gás abundante apresenta desafios para a localização de galáxias no início do universo.

Os átomos de hidrogênio absorvem e reemitem rapidamente a luz ultravioleta distante, conhecida como emissão alfa de Lyman, que tem um comprimento de onda de 121,6 nanômetros. Quando as primeiras estrelas se formaram, parte da luz que eles produziram combinava com este comprimento de onda. Como a luz alfa de Lyman interagia facilmente com átomos de hidrogênio, não poderia viajar muito antes que o gás o espalhasse em direções aleatórias.

"A luz intensa das galáxias pode ionizar o gás hidrogênio circundante, formando bolhas que permitem que a luz das estrelas viaje livremente, "disse o membro da equipe Vithal Tilvi, pesquisador da Arizona State University em Tempe. "EGS77 formou uma grande bolha que permite que sua luz viaje para a Terra sem muita atenuação. Eventualmente, bolhas como essas cresceram em torno de todas as galáxias e preencheram o espaço intergaláctico, reionizando o universo e abrindo caminho para a luz viajar através do cosmos. "

EGS77 foi descoberto como parte da pesquisa Cosmic Deep And Wide Narrowband (Cosmic DAWN), para o qual Rhoads atua como investigador principal. A equipe fotografou uma pequena área na constelação de Boötes usando um filtro customizado no Extremely Wide-Field InfraRed Imager do National Optical Astronomy Observatory (NEWFIRM), que foi acoplado ao telescópio Mayall de 4 metros no Observatório Nacional Kitt Peak perto de Tucson, Arizona.

Porque o universo está se expandindo, A luz alfa de Lyman da EGS77 foi esticada durante suas viagens, então os astrônomos realmente o detectam em comprimentos de onda próximos ao infravermelho. Não podemos ver essas galáxias na luz visível agora porque essa luz começou em comprimentos de onda mais curtos do que Lyman alfa e foi espalhada pela névoa de átomos de hidrogênio.

Para ajudar a selecionar candidatos distantes, os pesquisadores compararam suas imagens com dados publicamente disponíveis da mesma região obtidos pelos telescópios espaciais Hubble e Spitzer da NASA. Galáxias que aparecem brilhantemente em imagens de infravermelho próximo foram marcadas como possibilidades, enquanto aqueles que aparecem na luz visível foram rejeitados como sendo muito próximos.

A equipe confirmou as distâncias para as galáxias de EGS77 usando o Espectrômetro Multi-Objeto para Exploração Infra-Vermelha (MOSFIRE) no telescópio Keck I no Observatório W. M. Keck em Maunakea, Havaí. Todas as três galáxias mostram linhas de emissão alfa de Lyman em comprimentos de onda ligeiramente diferentes, refletindo distâncias ligeiramente diferentes. A separação entre galáxias adjacentes é de cerca de 2,3 milhões de anos-luz, ou um pouco mais perto do que a distância entre a galáxia de Andrômeda e nossa Via Láctea.

Um artigo que descreve as descobertas, liderado por Tilvi, foi submetido a The Astrophysical Journal .

"Embora este seja o primeiro grupo de galáxias identificado como sendo responsável pela reionização cósmica, futuras missões da NASA nos dirão muito mais, "disse a co-autora Sangeeta Malhotra em Goddard." O próximo James Webb Space Telescope é sensível à emissão alfa de Lyman de galáxias ainda mais fracas a essas distâncias e pode encontrar mais galáxias dentro do EGS77. "

Os astrônomos esperam que bolhas de reionização semelhantes desta era sejam raras e difíceis de encontrar. O planejado Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST) da NASA pode ser capaz de descobrir exemplos adicionais, iluminando ainda mais esta importante transição na história cósmica.