Desde tempos imemoriais, filósofos e estudiosos contemplam o início dos tempos e até tentam determinar quando todas as coisas começaram. Só na era da astronomia moderna é que chegamos perto de responder a essa pergunta com um grau justo de certeza. De acordo com os modelos cosmológicos mais amplamente aceitos, o Universo começou com o Bing Bang há cerca de 13,8 bilhões de anos.
Mesmo assim, os astrônomos ainda estão incertos sobre como era o Universo desde que este período coincidiu com a “Idade das Trevas” cósmica. Por isso, os astrônomos continuam a pressionar os limites de seus instrumentos para ver quando as primeiras galáxias se formaram. Graças às novas pesquisas de uma equipe internacional de astrônomos, a mais antiga e mais distante galáxia observada em nosso Universo até hoje (GN-z11) foi identificada!
A equipe, cuja pesquisa foi recentemente publicada na revista Nature Astronomy, foi liderada por Linhua Jiang do Instituto Kavli de Astronomia e Astrofísica e pelo Prof. Nobunari Kashikawa da Universidade de Tóquio. A eles se juntaram pesquisadores do Observatório do Instituto Carnegie de Ciência, do Observatório Steward, do Observatório de Genebra, da Universidade de Pequim e da Universidade de Tóquio.
Simplificando, a Idade Média cósmica começou cerca de 370 mil anos após o Big Bang e continuou por mais 1 bilhão de anos. Nesta época, as únicas fontes de luz eram ou os fótons lançados antes – que ainda hoje é detectável como o Cosmic Microwave Background (CMB) – e aqueles lançados por átomos de hidrogênio neutros. A luz destes fótons é tão deslocada devido à expansão do Universo que eles são invisíveis para nós hoje em dia.
Este efeito é conhecido como “redshift”, onde o comprimento de onda da luz é alongado (ou “deslocamento” em direção à extremidade vermelha do espectro) à medida que ela passa pelo cosmo em constante expansão em seu caminho para chegar até nós. Para objetos que se aproximam de nossa galáxia, o efeito é invertido, com o comprimento de onda encurtando e se deslocando em direção à extremidade azul do espectro (aka. “blueshift”).
Durante quase um século, os astrônomos têm usado estes efeitos para determinar a distância das galáxias e o ritmo em que o Universo está se expandindo. Neste caso, a equipe de pesquisa usou o telescópio Keck I em Maunakea, Havaí, para medir o redshift da GN-z11 para determinar sua distância. Os resultados obtidos indicaram que é a galáxia mais distante (e mais antiga) já observada. Como Kashikawa explicou em um comunicado de imprensa da Universidade de Tóquio:
“De estudos anteriores, a galáxia GN-z11 parece ser a galáxia mais distante detectável, com 13,4 bilhões de anos-luz, ou 134 milhões de quilômetros. Mas medir e verificar tal distância não é uma tarefa fácil”.
Especificamente, a equipe examinou as linhas de emissão de carbono provenientes da GN-z11, que estavam na faixa ultravioleta quando deixaram a galáxia e foram deslocadas por um fator de 10 – para o infravermelho (0,2 micrômetros) – no momento em que chegaram à Terra. Este nível de redshift indica que esta galáxia existiu como observado aproximadamente 13,4 bilhões de anos atrás – vulgo apenas 400 milhões de anos após o Big Bang.
A esta distância, a GN-z11 está tão longe que define os limites do próprio Universo observável! Embora esta galáxia tivesse sido observada no passado (por Hubble), foi necessário o poder de resolução e a capacidade espectroscópica do Observatório Keck para fazer medições precisas. Isto foi realizado como parte do levantamento Multi-Object Spectrograph for Infrared Exploration (MOSFIRE), que captou as linhas de emissão da GN-z11 em detalhes.
Isto permitiu à equipe produzir estimativas de distância para esta galáxia que foram melhoradas por um fator de 100 sobre quaisquer medições que foram feitas anteriormente. Disse Kashikawa:
“O Telescópio Espacial Hubble detectou a assinatura várias vezes no espectro da GN-z11. Entretanto, mesmo o Hubble não pode resolver as linhas de emissão ultravioleta na medida do necessária. Assim, recorremos a um espectrógrafo terrestre mais atualizado, um instrumento para medir linhas de emissão, chamado MOSFIRE, que é montado no telescópio Keck I no Havaí”.
Se observações posteriores puderem confirmar os resultados deste último estudo, então os astrônomos podem dizer com certeza que a GN-z11 é a galáxia mais distante já observada. Através do estudo de objetos como este, os astrônomos esperam ser capazes de lançar luz sobre um período da história cósmica quando o Universo tinha apenas algumas centenas de milhões de anos de idade.
Este período coincide com o Universo estava começando a emergir da “Idade das Trevas”, quando as primeiras estrelas e galáxias se formaram e encheram o início do Universo com luz visível. Ao estudá-las, os astrônomos esperam aprender mais sobre como as estruturas de grande escala do Universo evoluíram posteriormente. Isto será assistido por telescópios da próxima geração como o Telescópio Espacial James Webb (JWST) – programado para ser lançado em 31 de outubro de 2021.
Estes instrumentos permitirão até mesmo que os astrônomos possam estudar a própria “Idade das Trevas”, uma época em que a única luz não-CMB era a linha de spin de hidrogênio neutro – no longínquo comprimento de onda de microondas (21 cm). Ser capaz de sondar os primórdios do próprio Universo e observar como se formam as primeiras estrelas e galáxias. Que época emocionante será essa!
As observações que tornaram esta pesquisa possível foram realizadas no âmbito do programa de intercâmbio de tempo entre o Observatório Keck e o Telescópio Subaru em Maunakea, Hawaii.
Matéria originalmente publicada em Universe Today sob licença CC-BY-NC-ND 4.0.
Tradução de Damares Alves.
