Um oceano de galáxias espera:Nova pesquisa de rádio COMAP

Antena de rádio do COMAP no Observatório de Rádio Owens Valley. Crédito:OVRO/Caltech

Por volta de 400 milhões de anos após o nascimento do nosso universo, as primeiras estrelas começaram a se formar. A chamada era das trevas do universo chegou ao fim e uma nova era cheia de luz começou. Mais e mais galáxias começaram a tomar forma e serviram como fábricas para produzir novas estrelas, um processo que atingiu um pico cerca de 4 bilhões de anos após o Big Bang.
Felizmente para os astrônomos, essa era passada pode ser observada. A luz distante leva tempo para chegar até nós, e nossos telescópios podem captar a luz emitida por galáxias e estrelas há bilhões de anos (nosso universo tem 13,8 bilhões de anos). Mas os detalhes deste capítulo da história do nosso universo são obscuros, já que a maioria das estrelas que estão sendo formadas são fracas e escondidas pela poeira.

Um novo projeto da Caltech, chamado COMAP (CO Mapping Array Project), nos oferecerá um novo vislumbre dessa época de montagem de galáxias, ajudando a responder perguntas sobre o que realmente causou o rápido aumento da produção de estrelas no universo.

“A maioria dos instrumentos pode ver a ponta de um iceberg ao observar as galáxias deste período”, diz Kieran Cleary, investigador principal do projeto e diretor associado do Owens Valley Radio Observatory (OVRO) da Caltech. "Mas a COMAP vai ver o que está por baixo, escondido da vista."

A fase atual do projeto usa uma antena parabólica "Leighton" de 10,4 metros na OVRO para estudar os tipos mais comuns de galáxias formadoras de estrelas espalhadas pelo espaço e pelo tempo, incluindo aquelas que são muito difíceis de ver de outras maneiras porque são muito fraco ou escondido pela poeira. As observações de rádio traçam a matéria-prima da qual as estrelas são feitas:gás hidrogênio frio. Este gás não é fácil de identificar diretamente, então o COMAP mede sinais de rádio brilhantes do gás monóxido de carbono (CO), que está sempre presente junto com o hidrogênio. A câmera de rádio do COMAP é a mais poderosa já construída para detectar esses sinais de rádio.

Esquerda:uma simulação de 2,5 graus² campo mostrando as posições das galáxias em cinza (adaptado de Kovetz et al. 2017). Centro:mapa simulado de intensidade de CO do mesmo campo em uma fatia de largura de banda de 40 MHz, correspondente a um intervalo de redshift Δz =0,004. O VLA levaria cerca de 4.500 horas para cobrir a mesma área, mas detectaria apenas 1% das galáxias (mostradas em vermelho à esquerda). O COMAP, por outro lado, é sensível à emissão agregada de todas as galáxias na linha de visão, incluindo aquelas muito fracas para serem detectadas individualmente. Direita:um espectro de potência representativo para o mapa de intensidade mostrado no painel central. O espectro é composto por dois componentes:um do agrupamento de galáxias em grandes escalas e um segundo que surge do ruído shot independente de escala, que domina em pequenas escalas. A região sombreada indica esquematicamente as escalas às quais o Pathfinder é mais sensível. Crédito:The Astrophysical Journal (2022). DOI:10.3847/1538-4357/ac63cc

Os primeiros resultados científicos do projeto acabam de ser publicados em sete artigos no The Astrophysical Journal . Com base em observações feitas um ano em uma pesquisa planejada de cinco anos, o COMAP estabeleceu limites superiores de quanto gás frio deve estar presente nas galáxias na época em estudo, incluindo aquelas que normalmente são muito fracas e empoeiradas para serem vistas. Embora o projeto ainda não tenha feito uma detecção direta do sinal de CO, esses primeiros resultados demonstram que está a caminho de fazê-lo até o final da pesquisa inicial de cinco anos e, finalmente, pintará a imagem mais abrangente da história do universo. de formação estelar.

"Olhando para o futuro do projeto, pretendemos usar essa técnica para olhar cada vez mais para trás no tempo", diz Cleary. "Começando 4 bilhões de anos após o Big Bang, continuaremos recuando no tempo até chegarmos à época das primeiras estrelas e galáxias, alguns bilhões de anos antes."

Anthony Readhead, o co-investigador principal e o Professor Robinson de Astronomia, Emérito, diz que o COMAP verá não apenas a primeira época de estrelas e galáxias, mas também seu declínio épico. "Observaremos a formação de estrelas subindo e descendo como uma maré oceânica", diz ele.

O COMAP funciona capturando imagens de rádio borradas de aglomerados de galáxias ao longo do tempo cósmico, em vez de imagens nítidas de galáxias individuais. Esse desfoque permite que os astrônomos capturem com eficiência toda a luz de rádio proveniente de um conjunto maior de galáxias, mesmo as mais fracas e empoeiradas que nunca foram vistas.

“Dessa forma, podemos encontrar as propriedades médias de galáxias típicas e fracas sem precisar saber com muita precisão onde está localizada qualquer galáxia individual”, explica Cleary. “Isso é como encontrar a temperatura de um grande volume de água usando um termômetro, em vez de analisar os movimentos das moléculas de água individuais”.

Um resumo das novas descobertas aparece no The Astrophysical Journal . + Explorar mais