Encontradas galáxias escuras do Universo primordial

Esta imagem profunda mostra a região do céu em torno do quasar HE 0109-3518. O quasar está marcado com um círculo vermelho próximo do centro da imagem. A radiação energética do quasar faz com que as galáxias escuras brilhem, ajudando assim os astrônomos a compreender as fases iniciais da formação de galáxias. As imagens tênues do brilho de 12 galáxias escuras estão marcadas com círculos azuis.[Imagem: ESO/DSS2/S. Cantalupo(UCSC)]

Galáxias escuras
Foram encontradas pela primeira vez galáxias escuras, uma fase inicial da formação de galáxias prevista teoricamente mas que, até agora, nunca tinha sido observada.
São essencialmente galáxias ricas em gás, mas sem estrelas.
Utilizando o VLT (Very Large Telescope) do ESO, uma equipe internacional detectou estes objetos evasivos observando-os brilhando ao serem iluminados por um quasar.
As galáxias escuras são galáxias pequenas, ricas em gás do Universo primordial, mas muito pouco eficazes em formar estrelas. Elas haviam sido previstas pelas teorias de formação de galáxias, acreditando-se serem elas os blocos constituintes das atuais galáxias brilhantes, ricas em estrelas.
Os astrônomos acreditam que estes objetos devem ter alimentado as galáxias maiores com o gás que posteriormente deu origem às estrelas que existem atualmente.
Como são essencialmente desprovidas de estrelas, estas galáxias escuras não emitem muita radiação, o que as torna muito difíceis de detectar.
Lanterna cósmica
Durante anos, os astrônomos tentaram desenvolver novas técnicas para confirmar a existência destas galáxias. Pequenos decréscimos em absorção nos espectros de fontes luminosas de fundo apontavam para a sua existência.
No entanto, este novo estudo marca a primeira vez que estes objetos foram vistos diretamente.
"A nossa abordagem do problema de detectar uma galáxia escura foi simplesmente iluminá-la com uma luz brilhante," explica Simon Lilly (ETH Zurich, Suíça), coautor do artigo científico que descreve o resultado.
"Procuramos o brilho fluorescente do gás em galáxias escuras quando estas são iluminadas pela radiação ultravioleta de um quasar próximo, muito brilhante. A radiação do quasar ilumina as galáxias escuras, em um processo semelhante ao das lâmpadas ultravioletas que iluminam as roupas brancas numa discoteca," completou.
Sem luz própria
A equipe tirou partido da grande área de observação, da sensibilidade do VLT e de uma série de exposições muito longas, para detectar o brilho fluorescente extremamente tênue das galáxias escuras.
Eles mapearam a região do céu em torno do quasar HE 0109-3518, à procura da radiação ultravioleta que é emitida pelo hidrogênio gasoso quando sujeito a radiação intensa - devido à expansão do Universo, esta radiação é observada com uma tonalidade de violeta.
A equipe detectou quase 100 objetos gasosos que se situam num raio de alguns milhões de anos-luz do quasar.
Depois de uma análise detalhada, para excluir objetos nos quais a emissão possa ser oriunda de formação estelar interna nas galáxias, em vez da radiação do quasar, o número de objetos diminuiu para 12.
São as identificações mais convincentes até hoje de galáxias escuras no Universo primordial.
Propriedades das galáxias escuras
Os astrônomos conseguiram determinar também algumas das propriedades das galáxias escuras.
Eles estimam que a massa do gás nestes objetos seja de cerca de um bilhão de vezes a do Sol, típica de galáxias de pequena massa ricas em gás, existentes no Universo primordial.
A equipe conseguiu também estimar que a eficiência da formação estelar é cerca de 100 vezes menor do nas galáxias típicas - com formação estelar - encontradas em fases semelhantes na história cósmica.
Em 2013, o VLT receberá um novo instrumento, chamado espectrógrafo de campo integral MUSE, que será uma ferramenta extremamente poderosa para o estudo destes objetos.
Fluorescência
A observação das galáxias escuras foi possível graças ao fenômeno da fluorescência, que é a emissão de radiação por uma substância iluminada por uma fonte luminosa.
Na maioria dos casos, a radiação emitida tem um comprimento de onda maior que a da fonte luminosa. Por exemplo, as lâmpadas fluorescentes transformam radiação ultravioleta - invisível para nós - em radiação visível.
A fluorescência ocorre naturalmente em alguns compostos, como rochas ou minerais, mas pode ser também adicionada intencionalmente, como no caso de detergentes que contêm químicos fluorescentes, no intuito de fazer com que as roupas brancas pareçam mais brilhantes sob luz normal.
Radiação de Lyman-alfa
A emissão de luz pelo hidrogênio é conhecida como radiação de Lyman-alfa e é produzida quando os elétrons nos átomos de hidrogênio descem do segundo para o primeiro nível de energia.
É um tipo de luz ultravioleta.
Uma vez que o Universo se encontra em expansão, o comprimento de onda da radiação dos objetos aumenta à medida que atravessa o espaço. Quanto mais longe viajar a radiação, maior será o comprimento de onda.
Como o vermelho é o maior comprimento de onda que os nossos olhos podem ver, este processo é literalmente um desvio em comprimento de onda em direção à ponta vermelha do espectro - daí o nome "desvio para o vermelho".
O quasar HE 0109-3518 situa-se a um desvio para o vermelho de z = 2,4 e a radiação ultravioleta das galáxias escuras é desviada para a região visível do espectro.
Quasares
Os quasares são galáxias distantes e muito brilhantes.
Acredita-se que sua energia origine-se de buracos negros de elevada massa situados nos seus centros.
O seu brilho torna-os faróis poderosos que podem ajudar a iluminar a região ao seu redor, dando pistas sobre a época em que as primeiras estrelas e galáxias se formavam a partir do gás primordial.
Formação estelar
A eficiência de formação estelar é calculada como a massa de estrelas recentemente formadas em relação à massa de gás disponível para formar estrelas.
A equipe descobriu que as galáxias escuras agora detectadas precisariam de mais de 100 bilhões de anos para converter todo o gás em estrelas.
Como isso é muito mais do que a idade atual calculada para o Universo, os astrônomos afirmam que o gás dessas galáxias deve ter sido "aproveitado" por "galáxias comuns", deixando sua existência em uma espécie de beco sem saída, e não exatamente uma fase da formação das "galáxias normais".
Este resultado está de acordo com estudos teóricos recentes que sugeriram que halos de pequena massa ricos em gás a elevados desvios para o vermelho podem ter uma eficiência de formação estelar muito baixa, como consequência do baixo conteúdo em metais.