eso1522pt — Nota de Imprensa Científica

A vista mais detalhada de sempre do Universo distante

Observação ALMA de anel de Einstein revela detalhe extraordinário

8 de Junho de 2015

A Campanha de Linha de Base Longa do ALMA produziu uma imagem muito detalhada de uma galáxia distante afectada por lente gravitacional. A imagem mostra uma vista ampliada das regiões de formação estelar na galáxia, com um nível de detalhe nunca antes alcançado numa galáxia tão remota. As novas observações são muito mais detalhadas do que as obtidas pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA e revelam nodos de formação estelar na galáxia equivalentes a versões gigantes da Nebulosa de Orion.

A Campanha de Linha de Base Longa do ALMA produziu algumas observações extraordinárias e colectou informação com um detalhe sem precedentes dos habitantes do Universo próximo e longínquo. Foram feitas observações no final de 2014 no âmbito de uma campanha que pretendeu estudar uma galáxia distante chamada HATLAS J090311.6+003906, também conhecida pelo nome mais simples de SDP.81. A radiação emitida por esta galáxia é “vítima” de um efeito cósmico chamado lente gravitacional. Uma galáxia enorme que se situa entre a SDP.81 e o ALMA [1] atua como lente gravitacional, distorcendo a radiação emitida pela galáxia mais distante e criando um exemplo quase perfeito do fenómeno conhecido por Anel de Einstein [2].

Pelo menos sete grupos de cientistas [3] analisaram de forma independente os dados do ALMA sobre a SDP.81. Esta profusão de artigos científicos deu-nos informação sem precedentes sobre esta galáxia, revelando detalhes sobre a sua estrutura, conteúdo, movimento e outras características físicas.

O ALMA funciona como um interferómetro, isto é, a rede múltipla de antenas trabalha em sintonia perfeita colectando radiação como se de um único e enorme telescópio virtual se tratasse [4]. Como resultado, estas novas imagens da SDP.81 possuem uma resolução até 6 vezes melhor [5] que as imagens obtidas no infravermelho com o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA.

Os sofisticados modelos dos astrónomos revelam estruturas pormenorizadas, nunca antes vistas no seio da SDP.81, sob a forma de nuvens de poeira que se pensa serem repositórios de gás molecular frio — os locais de nascimento de estrelas e planetas. Estes modelos foram corrigidos da distorção produzida pelo efeito de lente gravitacional.

Como resultado, as observações ALMA são tão nítidas que os investigadores podem ver nodos de formação estelar na galáxia, com um tamanho de até 100 anos-luz, o que equivale a observar versões gigantes da Nebulosa de Orion a produzir milhares de vezes mais estrelas jovens no lado distante do Universo. Esta é a primeira vez que um tal fenómeno é observado a distâncias tão grandes.

“A imagem reconstruída da galáxia obtida com o ALMA é espectacular,” diz Rob Ivison, co-autor de dois artigos científicos que descrevem os resultados e Diretor de Ciência do ESO. “A enorme área colectora do ALMA, a grande separação entre as suas antenas e a atmosfera muito estável que existe por cima do deserto do Atacama, levaram a que conseguíssemos obter um detalhe sem precedentes tanto nas imagens como nos espectros, o que significa que temos observações muito sensíveis, assim como informação sobre como é que as diferentes partes da galáxias se movimentam. Podemos estudar galáxias no outro extremo do Universo à medida que se fundem e formam enormes quantidades de estrelas. Isto é o tipo de coisa que me faz levantar cedo da cama!”

Utilizando a informação espectral colectada pelo ALMA, os astrónomos mediram também como é que a galáxia distante roda e estimaram a sua massa. Os dados mostraram que o gás contido nesta galáxia é instável; nodos de gás estão a colapsar sobre si mesmo, indo muito provavelmente no futuro dar origem a regiões gigantes de formação estelar.

Curiosamente, a modelização do efeito de lente gravitacional indica também a existência de um buraco negro supermassivo no centro da galáxia que atua como lente [6]. A região central da SDP.81 é muito ténue para poder ser detectada, levando à conclusão de que a galáxia em primeiro plano possui um buraco negro supermassivo com mais de 200-300 milhões de vezes a massa do Sol.

O número de artigos científicos publicados usando um único conjunto de dados do ALMA demonstra bem a excitação gerada pelo potencial da alta resolução e poder colector da rede. Mostra também como é que o ALMA permitirá aos astrónomos fazer mais descobertas nos anos vindouros, levantando ainda mais questões sobre a natureza das galáxias distantes.

Notas

[1] Esta galáxia é observada quando o Universo tinha apenas 15 % da sua idade atual, i.e. apenas 2,4 mil milhões de anos depois do Big Bang. A radiação levou duas vezes a idade da Terra para chegar até nós (ou seja, 11,4 mil milhões de anos), fazendo um desvio pelo caminho em torno da galáxia massiva que se encontra em primeiro plano e comparativamente perto de nós, a cerca de 4 mil milhões de anos-luz de distância.

[2] As lentes gravitacionais foram prevista por Albert Einstein como parte da sua teoria da relatividade geral. Esta teoria diz-nos que os objetos curvam o espaço e o tempo. Qualquer radiação que se aproxime deste espaço-tempo curvo irá seguir esta curvatura criada pelo objeto. Este fenómeno permite a objetos particularmente massivos — enormes galáxias e enxames de galáxias — atuar como óculos de aumentar cósmicos. Um anel de Einstein é um tipo especial de lente gravitacional, no qual a Terra, a galáxia que se encontra em primeiro plano e a galáxia mais afastada estão perfeitamente alinhadas, criando uma distorção harmoniosa em forma de anel de luz. Este fenómeno encontra-se ilustrado no vídeo A.

[3] As equipas de cientistas estão listadas mais abaixo.

[4] A capacidade do ALMA em observar os mais ínfimos pormenores é atingida quando as antenas se encontram o mais afastadas possível umas das outras, com até cerca de 15 km de separação entre si. Comparativamente, observações anteriores de lentes gravitacionais obtidas com o ALMA numa configuração mais compacta, com uma separação de apenas cerca de 500 metros, podem ser vistas neste link.

[5] Podem ser medidos nestes dados detalhes até 0,023 segundos de arco. O Hubble observou esta galáxia no infravermelho próximo, com uma resolução de cerca de 0,16 segundos de arco. É de notar, no entanto, que quando observa a menores comprimentos de onda, o Hubble consegue atingir resoluções melhores — até 0,022 segundos de arco no ultravioleta próximo. A resolução do ALMA pode ser ajustada dependendo do tipo de observações, deslocando as antenas para ficarem mais ou menos afastadas entre si. Nestas observações usou-se a maior separação possível, o que resultou na melhor resolução possível.

[6] A imagem de alta resolução do ALMA permitiu aos astrónomos procurar a região central da galáxia distante, que se espera que apareça no centro do anel de Einstein. Se a galáxia que se encontra em primeiro plano contiver um buraco negro supermassivo no seu centro, a imagem central torna-se mais ténue. O grau com que isto acontece indica o quão massivo é o buraco negro da galáxia situada em primeiro plano.

Informações adicionais

Este trabalho foi descrito em 8 artigos científicos que serão publicados proximamente em revistas da especialidade. As equipas encontram-se listadas abaixo.

http://arxiv.org/abs/1503.07605
Yoichi Tamura (The University of Tokyo), Masamune Oguri (The University of Tokyo), Daisuke Iono (National Astronomical Observatory of Japan/SOKENDAI), Bunyo Hatsukade (National Astronomical Observatory of Japan), Yuichi Matsuda (National Astronomical Observatory of Japan/SOKENDAI), and Masao Hayashi (National Astronomical Observatory of Japan).

http://arxiv.org/abs/1503.08720
Simon Dye (University of Nottingham), Christina Furlanetto (University of Nottingham; CAPES Foundation, Ministry of Education of Brazil, Brazil), Mark Swinbank (Durham University), Catherine Vlahakis (Joint ALMA Observatory, Chile; ESO, Chile), James Nightingale (University of Nottingham), Loretta Dunne (University of Canterbury, New Zealand; Institute for Astronomy [IfA], Royal Observatory Edinburgh), Steve Eales (Cardiff University), Ian Smail (Durham), Ivan Oteo-Gomez (IfA, Edinburgh; ESO, Germany), Todd Hunter (National Radio Astronomy Observatory, Charlottesville, Virginia, USA), Mattia Negrello (INAF, Osservatorio Astronomico di Padova, Vicolo Osservatorio, Padova, Italy), Helmut Dannerbauer (Universitat Wien, Vienna, Austria), Rob Ivison (IfA, Edinburgh; ESO, Germany), Raphael Gavazzi (Universite Pierre et Marie Curie, Paris), Asantha Cooray (California Institute of Technology, USA) and Paul van der Werf (Leiden University, The Netherlands).

http://arxiv.org/abs/1505.05148
Mark Swinbank (Durham University), Simon Dye (University of Nottingham), James Nightingale (University of Nottingham), Christina Furlanetto (University of Nottingham; CAPES Foundation, Ministry of Education of Brazil, Brazil), Ian Smail (Durham), Asantha Cooray (California Institute of Technology, USA), Helmut Dannerbauer (Universitat Wien, Vienna, Austria), Loretta Dunne (University of Canterbury, New Zealand; Institute for Astronomy [IfA], Royal Observatory Edinburgh), Steve Eales (Cardiff University), Raphael Gavazzi (Universite Pierre et Marie Curie, Paris), Todd Hunter (National Radio Astronomy Observatory, Charlottesville, Virginia, USA), Rob Ivison (IfA, Edinburgh; ESO, Germany), Mattia Negrello (INAF, Osservatorio Astronomico di Padova, Vicolo Osservatorio, Padova, Italy), Ivan Oteo-Gomez (IfA, Edinburgh; ESO, Germany), Renske Smit (Durham), Paul van der Werf (Leiden University, The Netherlands), and Catherine Vlahakis (Joint ALMA Observatory, Chile; ESO, Chile).

http://arxiv.org/abs/1503.05558
Kenneth C. Wong (Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica (ASIAA), Taipei, Taiwan), Sherry H. Suyu (ASIAA, Taiwan), and Satoki Matsushita (ASIAA, Taiwan).

http://arxiv.org/abs/1503.07997
Bunyo Hatsukade (National Astronomical Observatory of Japan, Tokyo, Japan) Yoichi Tamura (Institute of Astronomy, University of Tokyo, Tokyo, Japan), Daisuke Iono (National Astronomical Observatory of Japan; The Graduate University for Advanced Studies [SOKENDAI], Tokyo, Japan), Yuichi Matsuda (National Astronomical Observatory of Japan), Masao Hayashi (National Astronomical Observatory of Japan), Masamune Oguri (Research Center for the Early Universe, University of Tokyo, Tokyo, Japan; Department of Physics, University of Tokyo, Tokyo, Japan; Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe [Kavli IPMU, WPI], University of Tokyo, Chiba, Japan).

http://arxiv.org/abs/1503.02652
The ALMA Partnership, C. Vlahakis (Joint ALMA Observatory [JAO]; ESO) , T. R. Hunter (National Radio Astronomy Observatory [NRAO]), J. A. Hodge (NRAO) , L. M. Pérez (NRAO) , P. Andreani (ESO), C. L. Brogan (NRAO) , P. Cox (JAO, ESO) , S. Martin (Institut de Radioastronomie Millimétrique [IRAM]) , M. Zwaan (ESO) , S. Matsushita (Institute of Astronomy and Astrophysic, Taiwan) , W. R. F. Dent (JAO, ESO), C. M. V. Impellizzeri (JAO, NRAO), E. B. Fomalont (JAO, NRAO), Y. Asaki (National Astronomical Observatory of Japan; Institute of Space and Astronautical Science (ISAS), Japan Aerospace Exploration Agency [JAXA]) , D. Barkats (JAO, ESO) , R. E. Hills (Astrophysics Group, Cavendish Laboratory), A. Hirota (JAO; National Astronomical Observatory of Japan), R. Kneissl (JAO, ESO), E. Liuzzo (INAF, Istituto di Radioastronomia), R. Lucas (Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble) , N. Marcelino (INAF), K. Nakanishi (JAO, National Astronomical Observatory of Japan), N. Phillips (JAO, ESO), A. M. S. Richards (University of Manchester), I. Toledo (JAO), R. Aladro (ESO), D. Broguiere (IRAM), J. R. Cortes (JAO, NRAO), P. C. Cortes (JAO, NRAO), D. Espada (ESO, National Astronomical Observatory of Japan), F. Galarza (JAO), D. Garcia-Appadoo (JAO, ESO), L. Guzman-Ramirez (ESO), A. S. Hales (JAO, NRAO) , E. M. Humphreys (ESO) , T. Jung (Korea Astronomy and Space Science Institute) , S. Kameno (JAO, National Astronomical Observatory of Japan) , R. A. Laing (ESO), S. Leon (JAO,ESO) , G. Marconi (JAO, ESO) , A. Mignano (INAF) , B. Nikolic (Astrophysics Group, Cavendish Laboratory), L. A. Nyman (JAO, ESO), M. Radiszcz (JAO), A. Remijan (JAO, NRAO), J. A. Rodón (ESO), T. Sawada (JAO, National Astronomical Observatory of Japan), S. Takahashi (JAO, National Astronomical Observatory of Japan), R. P. J. Tilanus (Leiden University), B. Vila Vilaro (JAO, ESO), L. C. Watson (ESO), T. Wiklind (JAO, ESO), Y. Ao (National Astronomical Observatory of Japan) , J. Di Francesco (National Research Council Herzberg Astronomy & Astrophysics), B. Hatsukade (National Astronomical Observatory of Japan), E. Hatziminaoglou (ESO), J. Mangum (NRAO), Y. Matsuda (National Astronomical Observatory of Japan), E. Van Kampen (ESO), A. Wootten (NRAO), I. De Gregorio-Monsalvo (JAO, ESO), G. Dumas (IRAM), H. Francke (JAO), J. Gallardo (JAO), J. Garcia (JAO), S. Gonzalez (JAO), T. Hill (ESO), D. Iono (National Astronomical Observatory of Japan), T. Kaminski (ESO), A. Karim (Argelander-Institute for Astronomy), M. Krips (IRAM), Y. Kurono (JAO, National Astronomical Observatory of Japan) , C. Lonsdale (NRAO), C. Lopez (JAO), F. Morales (JAO), K. Plarre (JAO), L. Videla (JAO), E. Villard (JAO, ESO), J. E. Hibbard (NRAO), K. Tatematsu (National Astronomical Observatory of Japan).

http://arxiv.org/abs/1503.02025
M. Rybak (Max Planck Institute for Astrophysics), J. P. McKean (Netherlands Institute for Radio Astronomy; University of Groningen) S. Vegetti (Max Planck Institute for Astrophysics), P. Andreani (ESO) and S. D. M. White (Max Planck Institute for Astrophysics).

http://arxiv.org/abs/1506.01425
M. Rybak (Max Planck Institute for Astrophysics), S. Vegetti (Max Planck Institute for Astrophysics), J. P. McKean (Netherlands Institute for Radio Astronomy; University of Groningen), P. Andreani (ESO) and S. D. M. White (Max Planck Institute for Astrophysics).

 

O Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), uma infraestrutura astronómica internacional, é uma parceria entre o ESO,  a Fundação Nacional para a Ciência dos Estados Unidos (NSF) e os Institutos Nacionais de Ciências da Natureza (NINS) do Japão, em cooperação com a República do Chile. O ALMA é financiado pelo ESO
em prol dos seus Estados Membros, pela NSF em cooperação com o Conselho de Investigação Nacional do Canadá (NRC) e do Conselho Nacional Científico da Ilha Formosa (NSC) e pelo NINS em cooperação com a Academia Sinica (AS) da Ilha Formosa e o Instituto de Astronomia e Ciências do Espaço da Coreia (KASI).

A construção e operação do ALMA é coordenada pelo ESO, em prol dos seus Estados Membros; pelo Observatório Nacional de Rádio Astronomia dos Estados Unidos (NRAO), que é gerido pela Associação de Universidades, Inc. (AUI), em prol da América do Norte e pelo Observatório Astronómico Nacional do Japão (NAOJ), em prol do Leste Asiático. O Observatório ALMA (JAO) fornece uma liderança e direção unificadas na construção, gestão e operação do ALMA.

O ESO é a mais importante organização europeia intergovernamental para a investigação em astronomia e é de longe o observatório astronómico mais produtivo do mundo. O ESO é  financiado por 16 países: Alemanha, Áustria, Bélgica, Brasil, Dinamarca, Espanha, Finlândia, França, Holanda, Itália, Polónia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suécia e Suíça, assim como pelo Chile, o país de acolhimento. O ESO destaca-se por levar a cabo um programa de trabalhos ambicioso, focado na concepção, construção e operação de observatórios astronómicos terrestres de ponta, que possibilitam aos astrónomos importantes descobertas científicas. O ESO também tem um papel importante na promoção e organização de cooperação na investigação astronómica. O ESO mantém em funcionamento três observatórios de ponta no Chile: La Silla, Paranal e Chajnantor. No Paranal, o ESO opera  o Very Large Telescope, o observatório astronómico óptico mais avançado do mundo e dois telescópios de rastreio. O VISTA, o maior telescópio de rastreio do mundo que trabalha no infravermelho e o VLT Survey Telescope, o maior telescópio concebido exclusivamente para mapear os céus no visível. O ESO é um parceiro principal no ALMA, o maior projeto astronómico que existe atualmente. E no Cerro Armazones, próximo do Paranal, o ESO está a construir o European Extremely Large Telescope (E-ELT) de 39 metros, que será “o maior olho do mundo virado para o céu”.

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Este texto é a tradução da Nota de Imprensa do ESO eso1522, cortesia do ESON, uma rede de pessoas nos Países Membros do ESO, que servem como pontos de contacto local com os meios de comunicação social, em ligação com os desenvolvimentos do ESO. A representante do nodo português é Margarida Serote.

Sobre a Nota de Imprensa

Nº da Notícia:eso1522pt
Nome:HATLAS J090311.6+003906, SDP 81
Tipo:Early Universe : Galaxy : Type : Gravitationally Lensed
Early Universe : Cosmology : Phenomenon : Lensing
Facility:Atacama Large Millimeter/submillimeter Array
Science data:2015PASJ...67...93H
2015PASJ...67...72T
2015MNRAS.453L..26R
2015MNRAS.452.2258D
2015MNRAS.451L..40R
2015ApJ...811..115W
2015ApJ...808L...4P
2015ApJ...806L..17S

Imagens

Imagem composta do anel de Einstein da SDP.81 e da galáxia reconstruída
Imagem composta do anel de Einstein da SDP.81 e da galáxia reconstruída
A galáxia afectada por lente gravitacional
A galáxia afectada por lente gravitacional
O anel de Einstein da SDP.81 observado pelo ALMA
O anel de Einstein da SDP.81 observado pelo ALMA
Imagem Hubble da região em torno da SDP.81
Imagem Hubble da região em torno da SDP.81
Imagem composta do anel de Einstein da SDP.81 e da galáxia reconstruída (sem anotações)
Imagem composta do anel de Einstein da SDP.81 e da galáxia reconstruída (sem anotações)

Vídeos

Lente gravitacional a afectar galáxias distantes com formação estelar (esquema)
Lente gravitacional a afectar galáxias distantes com formação estelar (esquema)
Lente gravitacional a afectar galáxias distantes com formação estelar (esquema)
Lente gravitacional a afectar galáxias distantes com formação estelar (esquema)

Veja também