Uma colagem de 21 galáxias fotografadas pelo levantamento ALPINE. As imagens são baseadas na luz emitida por carbono ionizado isoladamente, ou C +. Esses dados mostram a variedade de diferentes estruturas de galáxias já existentes menos de 1,5 bilhão de anos após o Big Bang (nosso universo tem 13,8 bilhões de anos). Algumas das imagens contêm galáxias em fusão; por exemplo, o objeto na linha superior, segundo da esquerda, são na verdade três galáxias que estão se fundindo. Outras galáxias parecem ser mais uniformemente ordenadas e podem ser espirais; um exemplo claro está na segunda linha, primeira galáxia da esquerda. Nossa galáxia, a Via Láctea, é mostrada em escala para ajudar a visualizar os pequenos tamanhos dessas galáxias infantis. Crédito:Michele Ginolfi (colaboração ALPINE); ALMA (ESO / NAOJ / NRAO); NASA / JPL-Caltech / R. Ferida (IPAC)
Novos resultados de um ambicioso programa de levantamento do céu, chamado ALPINE, revelam que galáxias giratórias em forma de disco podem ter existido em grande número antes no universo do que se pensava.
O programa ALPINE, formalmente denominado "Grande Programa ALMA para Investigar C + em Tempos Antecipados, "usa dados obtidos a partir de 70 horas de observações do céu com o observatório ALMA (Atacama Large Millimeter / submillimeter Array) no Chile, em combinação com dados de observações anteriores por uma série de outros telescópios, incluindo o Observatório W. M. Keck no Havaí e os telescópios espaciais Hubble e Spitzer da NASA. Especificamente, a pesquisa olhou para um pedaço de céu contendo dezenas de galáxias remotas.
"Este é o primeiro estudo de múltiplos comprimentos de onda de ultravioleta a ondas de rádio de galáxias distantes que existiram entre 1 bilhão e 1,5 bilhão de anos após o Big Bang, "diz Andreas Faisst, um cientista da equipe do IPAC, um centro de astronomia na Caltech, e um investigador principal do programa ALPINE, que inclui cientistas de todo o mundo.
Uma das principais funções do ALPINE é usar o ALMA para observar a assinatura de um íon conhecido como C +, que é uma forma de carbono carregada positivamente. Quando a luz ultravioleta de estrelas recém-nascidas atinge nuvens de poeira, ele cria os átomos C +. Ao medir a assinatura deste átomo, ou "linha de emissão, "nas galáxias, os astrônomos podem ver como as galáxias estão girando; à medida que o gás contendo C + nas galáxias gira em nossa direção, sua assinatura de luz muda para comprimentos de onda mais azuis, e conforme ele gira, a luz muda para comprimentos de onda mais vermelhos. Isso é semelhante à sirene de um carro de polícia, aumentando o tom à medida que corre em sua direção e diminuindo à medida que se afasta.
Usando ALMA, os cientistas podem medir a rotação das galáxias no início do universo com uma precisão de vários 10 quilômetros por segundo. Isso é possível através da observação da luz emitida pelo carbono ionizado isoladamente nas galáxias, também conhecido como C +. A emissão de C + das nuvens de gás girando em nossa direção é alterada para mais azul, comprimentos de onda mais curtos, enquanto as nuvens girando para longe de nós emitem luz alterada para mais longa, comprimentos de onda mais vermelhos. Ao medir essa mudança na luz, astrônomos podem determinar a velocidade com que as galáxias estão girando. Crédito:Andreas Faisst (colaboração ALPINE)
A equipe ALPINE fez as medições de C + em 118 galáxias remotas para criar um catálogo não apenas de suas velocidades de rotação, mas também de outras características, como densidade do gás e o número de estrelas que são formadas.
A pesquisa revelou galáxias mutiladas em rotação que estavam em processo de fusão, além de galáxias em forma de espiral aparentemente perfeitamente lisas. Cerca de 15 por cento das galáxias observadas tinham uma superfície lisa, rotação ordenada que é esperada para galáxias espirais. Contudo, os autores observam, as galáxias podem não ser espirais, mas discos giratórios com aglomerados de material. As observações futuras com a próxima geração de telescópios baseados no espaço identificarão a estrutura detalhada dessas galáxias.
"We are finding nicely ordered rotating galaxies at this very early and quite turbulent stage of our universe, " says Faisst. "That means they must have formed by a smooth process of gathering gas and haven't collided with other galaxies yet, as many of the other galaxies have."
By combining the ALMA data with measurements from other telescopes, including the now-retired Spitzer, which specifically helped measure the masses of the galaxies, the scientists are better able to study how these young galaxies evolve over time.
The object pictured above is DC-818760, which consists of three galaxies that are likely on collision course. Like all the galaxies in the ALPINE survey, it has been imaged by different telescopes. This "multi-wavelength" approach allows astronomers to study in detail the structure of these galaxies. NASA's Hubble Space Telescope (blue) reveals regions of active star formation not obscured by dust; NASA's now-retired Spitzer Space Telescope (green) shows the location of older stars that are used to measure the stellar mass of galaxies; and ALMA (red) traces gas and dust, allowing the amount of star formation hidden by dust to be measured. The picture at the top of the image combines light from all three telescopes. The velocity map on the bottom shows gas in the rotating galaxies approaching us (blue) or receding (red). Credit:Gareth Jones &Andreas Faisst (ALPINE collaboration); ALMA(ESO/NAOJ/NRAO); NASA/STScI; JPL-Caltech/IPAC (R. Hurt)
"How do galaxies grow so much so fast? What are the internal processes that let them grow so quickly? These are questions that ALPINE is helping us answer, " says Faisst. "And with the upcoming launch of NASA's James Webb Space Telescope, we will be able to follow-up on these galaxies to learn even more."
The study, led by Faisst, titled, "The ALPINE-ALMA [CII] Survey:Multi-Wavelength Ancillary Data and Basic Physical Measurements, " was funded by NASA and the European Southern Observatory.
A brief overview of the survey, produced by a team led by Olivier LeFèvre of the Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (LAM), is at ui.adsabs.harvard.edu/abs/2019 … v191009517L/abstract; the ALMA data is detailed in another paper by a team led by Matthieu Béthermin of LAM, available at ui.adsabs.harvard.edu/abs/2020 … v200200962B/abstract .
