Cientistas usando o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) - um observatório internacional cooperado pelo Observatório Nacional de Radioastronomia (NRAO) da Fundação Nacional de Ciência dos EUA - observaram uma quantidade significativa de gás frio e neutro nas regiões externas do jovem galáxia A1689-zD1, bem como fluxos de gás quente vindos do centro da galáxia. Esses resultados podem lançar luz sobre um estágio crítico da evolução galáctica para galáxias primitivas, onde galáxias jovens começam a transformação para serem cada vez mais parecidas com seus primos posteriores e mais estruturados. As observações foram apresentadas hoje em uma coletiva de imprensa na 240ª reunião da American Astronomical Society (AAS) em Pasadena, Califórnia, e serão publicadas em uma próxima edição do The Astrophysical Journal (AJ).
A1689-zD1 – uma galáxia jovem, ativa e formadora de estrelas que é um pouco menos luminosa e menos massiva que a Via Láctea – está localizada a cerca de 13 bilhões de anos-luz da Terra no aglomerado da constelação de Virgem. Foi descoberto escondido atrás do aglomerado de galáxias Abell 1689 em 2007 e confirmado em 2015 graças à lente gravitacional, que ampliou o brilho da jovem galáxia em mais de 9x. Desde então, os cientistas continuaram a estudar a galáxia como um possível análogo para a evolução de outras galáxias "normais". Esse rótulo - "normal" - é uma distinção importante que ajudou os pesquisadores a dividir os comportamentos e características do A1689-zD1 em dois grupos:típicos e incomuns, com as características incomuns imitando as de galáxias posteriores e mais massivas.

"A1689-zD1 está localizada no universo inicial - apenas 700 milhões de anos após o Big Bang. Esta é a era em que as galáxias estavam apenas começando a se formar", disse Hollis Akins, estudante de graduação em astronomia no Grinnell College e principal autor da pesquisa. "O que estamos vendo nessas novas observações é evidência de processos que podem contribuir para a evolução do que chamamos de galáxias normais em oposição a galáxias massivas. Mais importante, esses processos são aqueles que não acreditávamos aplicados a essas galáxias normais. "

Um desses processos incomuns é a produção e distribuição da galáxia de combustível de formação de estrelas, e potencialmente muito dele. A equipe usou o receptor Band 6 altamente sensível do ALMA para localizar um halo de gás carbônico que se estende muito além do centro da jovem galáxia. Isso pode ser evidência de formação estelar em curso na mesma região ou o resultado de rupturas estruturais, como fusões ou fluxos, nos primeiros estágios da formação da galáxia.

De acordo com Akins, isso é incomum para galáxias primitivas. “O gás carbônico que observamos nesta galáxia é normalmente encontrado nas mesmas regiões que o gás hidrogênio neutro, que também é onde novas estrelas tendem a se formar. Também é possível que este halo seja um remanescente de atividade galáctica anterior, como fusões que exerceram forças gravitacionais complexas na galáxia levando à ejeção de muito gás neutro para essas grandes distâncias. A galáxia provavelmente era ativa e dinâmica, e estamos aprendendo que isso pode ser um tema comum, embora não observado anteriormente, na formação inicial da galáxia."

Mais do que incomum, a descoberta pode ter implicações significativas para o estudo da evolução galáctica, particularmente porque as observações de rádio revelam detalhes não vistos em comprimentos de onda ópticos. Seiji Fujimoto, pesquisador de pós-doutorado no Centro Cosmic Dawn do Instituto Niels Bohr e co-autor da pesquisa, disse:"A emissão do gás carbônico em A1689-zD1 é muito mais estendida do que o observado com o Telescópio Espacial Hubble e isso pode significar que as galáxias primitivas não são tão pequenas quanto parecem. Se, de fato, as galáxias primitivas forem maiores do que acreditávamos anteriormente, isso teria um grande impacto na teoria da formação e evolução das galáxias no universo primitivo."

Liderada por Akins, a equipe também observou fluxos de gás quente e ionizado – geralmente causados ​​por atividade galáctica violenta como supernovas – empurrando para fora do centro da galáxia. É possível, dada a sua natureza potencialmente explosiva, que os fluxos tenham algo a ver com o halo de carbono. "Os fluxos ocorrem como resultado de atividades violentas, como a explosão de supernovas - que explodem material gasoso próximo para fora da galáxia - ou buracos negros nos centros das galáxias - que têm fortes efeitos magnéticos que podem ejetar material em jatos poderosos. Porque disso, há uma forte possibilidade de que os fluxos quentes tenham algo a ver com a presença do halo de carbono frio", disse Akins. "E isso destaca ainda mais a importância da natureza multifásica, ou quente a fria, do gás de saída".

Darach Watson, professor associado do Cosmic Dawn Center do Niels Bohr Institute, e coautor da nova pesquisa confirmou A1689-zD1 como uma galáxia de alto desvio para o vermelho em 2015, tornando-a a galáxia empoeirada mais distante conhecida. "Vimos esse tipo de emissão de halo de gás estendido de galáxias que se formaram mais tarde no universo, mas vê-lo em uma galáxia tão primitiva significa que esse tipo de comportamento é universal mesmo nas galáxias mais modestas que formaram a maioria das estrelas no planeta. universo primitivo. Compreender como esses processos ocorreram em uma galáxia tão jovem é fundamental para entender como a formação de estrelas acontece no universo primitivo."

Kirsten Knudsen, professora de astrofísica do Departamento de Espaço, Terra e Meio Ambiente da Chalmers University of Technology, e coautora da pesquisa, encontrou evidências do continuum de poeira do A1689-zD1 em 2017. Knudsen apontou o papel fortuito da gravidade extrema objetivando tornar possível cada nova descoberta na pesquisa. "Como A1689-zD1 é ampliada mais de nove vezes, podemos ver detalhes críticos que são difíceis de observar em observações comuns de galáxias tão distantes. Em última análise, o que estamos vendo aqui é que as galáxias do universo primitivo são muito complexas, e isso galáxia continuará a apresentar novos desafios de pesquisa e resultados por algum tempo."

Dr. Joe Pesce, oficial do programa NSF para o ALMA, acrescentou:"Esta fascinante pesquisa do ALMA se soma a um crescente corpo de resultados que indicam que as coisas não são exatamente como esperávamos no início do universo, mas são realmente interessantes e excitantes mesmo assim."

As observações de espectroscopia e infravermelho de A1689-zD1 estão planejadas para janeiro de 2023, usando a Unidade de Campo Integral NIRSpec (IFU) e NIRCam no Telescópio Espacial James Webb. As novas observações complementarão os dados anteriores do HST e do ALMA, oferecendo uma visão mais profunda e completa de vários comprimentos de onda da jovem galáxia. + Explorar mais

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