p Bilhões de anos-luz de distância, nuvens gigantescas de gás hidrogênio produzem um tipo especial de radiação, um tipo de luz ultravioleta conhecido como emissões Lyman-alfa. As enormes nuvens que emitem luz são bolhas Lyman-alpha (LABs). LABs são várias vezes maiores do que a Via Láctea, no entanto, só foram descobertos há 20 anos. Uma fonte de energia extremamente poderosa é necessária para produzir essa radiação - pense na produção de energia equivalente a bilhões de nosso sol - mas os cientistas discutem o que essa fonte de energia poderia ser. p Um novo estudo publicado em 9 de março em Astronomia da Natureza fornece evidências de que a fonte de energia está no centro das galáxias formadoras de estrelas, em torno dos quais os LABs existem.

p O estudo se concentra em Lyman-alpha blob 6 (LAB-6), cuja luz foi emitida há 10,7 bilhões de anos. A equipe colaborativa descobriu uma característica única do LAB-6 - seu gás hidrogênio parecia cair para dentro de si mesmo. O LAB-6 é o primeiro LAB com forte evidência dessa chamada assinatura de gás em queda. O gás em queda era baixo em abundância de elementos metálicos, sugerindo que o gás hidrogênio em queda do LAB se originou no meio intergaláctico, em vez da própria galáxia em formação de estrelas.

p A quantidade de gás em queda é muito baixa para alimentar a emissão de Lyman-alfa observada. As descobertas fornecem evidências de que a galáxia central de formação de estrelas é a principal fonte de energia responsável pela emissão de Lyman-alfa. Eles também colocam novas questões sobre a estrutura dos LABs.

p "Isso nos dá um mistério. Esperamos que haja gás caindo em volta das galáxias que formam estrelas - elas precisam de gás para os materiais, "disse Zheng Zheng, professor associado de física e astronomia da Universidade de Utah e co-autor do estudo. Zheng juntou-se ao esforço de analisar os dados e liderou a interpretação teórica com o estudante de graduação da U, Shiyu Nie. "Mas esta parece ser a única bolha Lyman-alfa com gás caindo. Por que isso é tão raro?"

p Os autores usaram o Very Large Telescope (VLT) no European Southern Observatory (ESO) e o Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA) para obter os dados. O autor principal Yiping Ao do Observatório da Montanha Roxa, A Academia Chinesa de Ciências observou o sistema LAB-6 pela primeira vez há mais de uma década. Ele sabia que havia algo especial sobre o sistema, mesmo então, com base no tamanho extremo de sua bolha de gás hidrogênio. Ele aproveitou a chance de olhar mais de perto.

p "Felizmente, fomos capazes de obter os dados necessários para capturar a composição molecular do ALMA, determinando a velocidade da galáxia, "disse ele." O telescópio óptico VLT do ESO nos deu o importante perfil de luz espectral da emissão de Lyman-alfa. "

p A luz do hidrogênio revela seu segredo

p O universo está cheio de hidrogênio. O elétron do hidrogênio orbita o núcleo do átomo em diferentes níveis de energia. Quando um átomo de hidrogênio neutro é explodido com energia, o elétron pode ser impulsionado para uma órbita maior com um nível de energia mais alto. Então, o elétron pode saltar de um nível de órbita para outro, que produz um fóton. Quando o elétron se move para a órbita mais interna da órbita diretamente adjacente, ele emite um fóton com um comprimento de onda específico no espectro ultravioleta, chamada de emissão Lyman-alfa. Uma poderosa fonte de energia é necessária para energizar o hidrogênio o suficiente para produzir a emissão de Lyman-alfa.

p Os autores descobriram o recurso de gás em queda, analisando a cinemática das emissões de Lyman-alfa. Depois que o fóton Lyman-alfa é emitido, ele encontra um ambiente cheio de átomos de hidrogênio. Ele colide com esses átomos muitas vezes, como uma bola se movendo em uma máquina de pinball, antes de escapar do ambiente. Essa saída faz com que a emissão se estenda por grandes distâncias.

p Tudo isso saltando não só muda a direção da onda de luz, mas também sua frequência, já que o movimento do gás causa um efeito Doppler. Quando o gás está saindo, a emissão de Lyman-alpha muda para mais, comprimento de onda mais vermelho. O oposto ocorre quando o gás está entrando - o comprimento de onda da emissão Lyman-alfa parece ficar mais curto, mudando-o para um espectro mais azul.

p Os autores deste artigo usaram a observação do ALMA para localizar o comprimento de onda esperado da emissão Lyman-alfa do prospecto da Terra, se não houvesse efeito de salto para os fótons Lyman-alfa. Com a observação VLT, eles descobriram que a emissão de Lyman-alfa desta bolha muda para um comprimento de onda mais longo, implicando influxo de gás. Eles usaram modelos para analisar os dados do espectro e estudar a cinemática do gás hidrogênio.

p O gás em queda restringe a origem da radiação Lyman-alfa

p LABs estão associados a galáxias gigantes que estão formando estrelas a uma taxa de centenas a milhares de massa solar por ano. Halos gigantes de emissões Lyman-alfa cercam essas galáxias, formando as bolhas de gás Lyman-alpha com centenas de milhares de anos-luz de diâmetro, com energia equivalente a cerca de 10 bilhões de sóis. O movimento dentro das bolhas de gás pode dizer algo sobre o estado da galáxia.

p O gás em queda pode originar-se de várias maneiras diferentes. Pode ser o segundo estágio de uma fonte galáctica - se estrelas massivas morrerem, eles explodem e empurram o gás para fora, que mais tarde cai para dentro. Outra opção é uma corrente fria - existem filamentos de hidrogênio flutuando entre objetos celestes que podem ser puxados para o centro do poço de potencial, criando o recurso de gás em queda.

p O modelo dos autores sugere que o gás em queda neste LAB vem do último cenário. Eles analisaram a forma do perfil de luz Lyman-alpha, o que indica muito pouca poeira metálica. Na astronomia, os metais são mais pesados ​​do que o hélio. As estrelas produzem todos os elementos pesados ​​do universo - quando explodem, eles produzem elementos metálicos e os espalham pelo espaço intergaláctico.

p "Se o gás tivesse vindo desta galáxia, você deve ver mais metais. Mas este aqui, não havia muitos metais, "disse Zheng." A indicação é que o gás não está contaminado com elementos desta formação estelar. "

p Adicionalmente, seu modelo indica que o gás circundante produz apenas a potência de energia equivalente a duas massas solares por ano, muito baixo para a quantidade de emissão de Lyman-alfa observada.

p Os resultados fornecem fortes evidências de que a galáxia em formação de estrelas é o principal contribuinte da emissão Lyman-alfa, enquanto o gás em queda atua para moldar seu perfil espectral. Contudo, não responde completamente à pergunta.

p "Ainda pode haver outras possibilidades, "disse Ao." Se a galáxia tiver um buraco negro supermassivo no centro, pode emitir fótons energéticos que podem viajar longe o suficiente para produzir a emissão. "

p Em estudos futuros, os autores querem separar a complicada dinâmica do gás para descobrir por que o gás em queda é raro para os LABs. O gás que entra pode depender da orientação do sistema, por exemplo. Eles também querem construir modelos mais realistas para entender os movimentos dos fótons de emissão de Lyman-alfa conforme eles colidem com os átomos.