07/03/2023 - 7:06
Astrofísicos australianos lançaram uma nova luz sobre o estado do universo há 13 bilhões de anos, medindo a densidade do carbono nos gases que cercam as antigas galáxias. O estudo, publicado na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, acrescenta outra peça ao quebra-cabeça da história do universo.
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“Descobrimos que a fração de carbono no gás quente aumentou rapidamente cerca de 13 bilhões de anos atrás, o que pode estar ligado ao aquecimento em larga escala do gás associado ao fenômeno conhecido como Época da Reionização”, disse a drª Rebecca Davies, pesquisadora associada de pós-doutorado no ARC Center of Excellence for All Sky Astrophysics em 3 Dimensions (ASTRO 3D) da Universidade de Tecnologia de Swinburne (Austrália) e principal autora do artigo que descreve a descoberta.
Carbono quente
O estudo mostra que a quantidade de carbono quente aumentou repentinamente em um fator de cinco em um período de apenas 300 milhões de anos – um piscar de olhos em escalas de tempo astronômicas.
Embora estudos anteriores tenham sugerido um aumento no carbono quente, amostras muito maiores – a base do novo estudo – foram necessárias para fornecer estatísticas para medir com precisão a taxa desse crescimento.
“Isso é o que fizemos aqui. E assim, apresentamos duas possíveis interpretações dessa rápida evolução”, afirmou a drª Davies.
A primeira é que há um aumento inicial de carbono em torno das galáxias simplesmente porque há mais carbono no universo.
“Durante o período em que as primeiras estrelas e galáxias estão se formando, muitos elementos pesados estão se formando porque nunca tivemos carbono antes de termos estrelas”, observou a drª Davies. “E, portanto, uma possível razão para essa rápida ascensão é apenas que estamos vendo os produtos das primeiras gerações de estrelas.”
Fases diferentes
No entanto, o estudo também encontrou evidências de que a quantidade de carbono frio diminuiu no mesmo período. Isso sugere que pode haver duas fases diferentes na evolução do carbono – um rápido aumento enquanto ocorre a reionização, seguido por um achatamento.
A Época da Reionização, que ocorreu quando o universo tinha “apenas” 1 bilhão de anos, foi quando as luzes voltaram após a Idade das Trevas cósmica na sequência do Big Bang.
Antes disso, o universo era uma densa e escura névoa de gás. Mas quando as primeiras estrelas massivas se formaram, sua luz começou a brilhar através do espaço e reionizar o cosmos. Essa luz pode ter levado ao rápido aquecimento do gás circundante, causando o aumento do carbono quente observado neste estudo.
Estudos de reionização são vitais para entender quando e como as primeiras estrelas se formaram e começaram a produzir os elementos que existem hoje. Mas as medições têm sido notoriamente difíceis.
“A pesquisa liderada pela drª Davies foi construída em uma amostra excepcional de dados obtidos durante 250 horas de observações no Very Large Telescope (VLT) no Observatório Europeu do Sul no Chile”, disse a drª Valentina D’Odorico, do INAF (Instituto Italiano de Astrofísica), investigadora principal do programa observacional. “Graças ao VLT de 8m pudemos observar alguns dos quasares mais distantes, que agem como lanternas, iluminando as galáxias ao longo do caminho desde o início do universo até a Terra.”
Códigos de barras
À medida que a luz do quasar passa pelas galáxias em sua jornada de 13 bilhões de anos pelo universo, alguns fótons são absorvidos, criando padrões distintos semelhantes a códigos de barras na luz, que podem ser analisados para determinar a composição química e a temperatura do gás nas galáxias. Isso dá uma imagem histórica do desenvolvimento do universo.
“Esses ‘códigos de barras’ são capturados por detectores no espectrógrafo X-Shooter do VLT”, explicou a drª Davies. “Esse instrumento divide a luz da galáxia em diferentes comprimentos de onda, como colocar a luz através de um prisma, permitindo-nos ler os códigos de barras e medir as propriedades de cada galáxia.”
O estudo liderado pela drª Davies capturou mais códigos de barras de galáxias antigas do que nunca. “Aumentámos de 12 para 42 o número de quasares para os quais tínhamos dados de alta qualidade, permitindo finalmente uma medição detalhada e precisa da evolução da densidade do carbono,” afirmou a drª D’Odorico.
“O estudo fornece um conjunto de dados herdado que não será significativamente melhorado até que os telescópios da classe 30m estejam online no final desta década”, disse a professora Emma Ryan-Weber, pesquisadora-chefe do ASTRO 3D e segunda autora do estudo. “Dados de alta qualidade ainda mais cedo no universo exigirão acesso a telescópios como o Extremely Large Telescope (ELT), agora em construção no Chile.”
História do universo
Os astrônomos estão usando muitos tipos diferentes de dados para construir uma história do universo. “Nossos resultados são consistentes com estudos recentes que mostram que a quantidade de hidrogênio neutro no espaço intergaláctico diminui rapidamente ao mesmo tempo”, disse a drª Davies. “Esta pesquisa também abre caminho para futuras investigações com o Square Kilometer Array (SKA), que visa detectar diretamente a emissão de hidrogênio neutro durante esta fase chave da história do universo.”
Segundo a professora Ryan-Weber, a pesquisa vai ao cerne da missão do ASTRO 3D para entender a evolução dos elementos, desde o Big Bang até os dias atuais: “Ela aborda este objetivo principal: como os blocos de construção da vida – neste caso, o carbono – proliferaram em todo o universo? (…) Como humanos, nos esforçamos para entender ‘De onde viemos?’ É incrível pensar que o código de barras desses átomos de carbono de 13 bilhões de anos foram impressos em fótons numa época em que […] a Terra nem existia. Esses fótons viajaram pelo universo, para dentro do VLT, e então foram usados para desenvolver uma imagem da evolução do universo.”
