Astrônomos descobrem 14 galáxias em processo de fusão há 12,4 bilhões de anos-luz da Terra

Impressão artística das 14 galáxias detectadas pelo ALMA de como eles devem parecer no Universo jovem e longínquo. Essas galáxias estão num processo de fusão e irão eventualmente formar o núcleo de um massivo aglomerado de galáxias. Créditos: NRAO/AUI/NSF; S. Dagnello.

Observando as profundezas do Universo - espantosos 90% do caminho até o fim do Universo observável - astrônomos testemunharam o início de uma gigantesca fusão cósmica, a iminente colisão de 14 jovens e ativas galáxias.

Essa antiga megafusão está destinada a evoluir para uma das estruturas mais massivas do Universo conhecido: um aglomerado de galáxias, gravitacionalmente ligadas pela matéria escura e mergulhadas num mar de gás quente e ionizado.

Usando o Atacama Large Millimiter/submillimeter Array (ALMA), um grupo internacional de cientistas descobriu os inícios de um processo de aglomeração de 14 galáxias preparadas para fundir, formando o núcleo do que provavelmente será um dos aglomerados de galáxias mais massivos.

Esse grupo de galáxias firmemente ligadas, conhecido como um protoaglomerado, está localizado a aproximadamente 12,4 bilhões de anos-luz de nós, o que significa que sua luz começou a viajar para nós quando o Universo tinha apenas 1,4 bilhões de anos, ou cerca de 10% da sua atual idade. As galáxias desse grupo estão formando estrelas numa taxa 1000 vezes maior que a Via Láctea, nossa galáxia, e estão abarrotadas numa região do espaço com cerca de apenas três vezes o tamanho dela. O aglomerado de galáxias resultante irá eventualmente rivalizar com os maiores aglomerados de galáxias já descobertos pelo Universo.

Os resultados foram publicados na revista Nature.

Dando um zoom nas galáxias descobertas pelo ALMA que estão evoluindo para um aglomerado de galáxias. O campo exterior vem de dados coletados pelo Observatório Espacial Hershel. A imagem do meio - uma porção de um mapeamento celeste muito maior do Telescópio do Polo Sul NSF - mostra uma fonte de luz distante que foi estudada pelo ALMA para revelar as 14 galáxias. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), T. Miller & S. Chapman et. al.; Hershel; South Pole Telescope; (NRAO/AUI/NSF) B. Saxton.

"Ter capturado esse massivo aglomerado de galáxias prestes a se formar é espetacular por si só," disse Scott Chapman, um astrofísico da Universidade Dalhousie em Halifax, Canadá, especialista em cosmologia observacional que estuda as origens das estruturas no Universo e a evolução das galáxias.

"Mas o fato de que isso está acontecendo tão cedo na história do Universo é um desafio formidável para o nosso atual entendimento de como as estruturas se formam no Universo," disse ele.

Durante os primeiros poucos milhões de anos da história cósmica, a matéria normal e a matéria escura começaram a se agregar em concentrações cada vez maiores, eventualmente gerando aglomerados de galáxias, os maiores objetos do Universo conhecido. Com massas comparáveis a milhões de bilhões de sóis, aglomerados podem conter até milhares de galáxias, uma vasta quantidade de matéria escura, monstruosos buracos negros, e gases emissores de raios-X que podem chegar a milhões de graus.

A teoria atual e as simulações de computador sugerem que protoaglomerados tão massivos quanto o observado pelo ALMA, no entanto, devem demorar muito mais para se formar.

Na simulação de computador mostrada no vídeo abaixo, podemos ver como a fusão das galáxias poderá gerar uma gigantesca galáxia elíptica cercada por um halo de galáxias, estrelas e poeira. Essa configuração lembra às dos aglomerados do Universo moderno.

"Como esse grupo de galáxias se tornou tão grande tão rapidamente é um mistério, pois esperaríamos que ela evoluísse gradualmente ao longo de bilhões de anos", disse Tom Miller, um doutorando da Universidade de Yale e coautor do artigo.

"Essa descoberta nos dá uma incrível oportunidade para estudar como os aglomerados de galáxias e suas galáxias massivas surgem nesses ambientes extremos".

Essa aglomerado de galáxias em particular, designado SPT2349-56, foi primeiro observado como uma tênue mancha de luz com comprimentos de onda milimétricos em 2010 com o Telescópio do Polo Sul da Fundação Nacional de Ciências dos Estados Unidos. Observações subsequentes com o telescópio do Atacama Pathfinder Experiment (APEX) ajudou a confirmar que a mancha era de fato uma fonte vinda de galáxias extremamente distantes e se tornou mais importantes com outras observações do ALMA. A resolução e sensibilidade do ALMA permitiu aos astrônomos a distinguir não menos que 14 objetos individuais em uma chocante pequena região do espaço, confirmando que o objeto é um arquetípico exemplo de protoaglomerado em seus estágios iniciais de desenvolvimento.

A extrema distância desse aglomerado e os seus componentes claramente distinguíveis ofereceu aos astrônomos uma oportunidade sem precedentes para estudar alguns dos primeiros passos da formação de aglomerados a menos de 1.5 bilhões de anos-luz do Big Bang. Usando os dados do ALMA como as condições iniciais para simulações computacionais sofisticadas, os pesquisadores foram capazes de demonstrar como essas correntes coleções de galáxias irão provavelmente crescer e evoluir ao longo de bilhões de anos.

"O ALMA nos deu, pela primeira vez, um claro ponto de partida para prever a evolução de um aglomerado de galáxias. Ao longo do tempo, as 14 galáxias que observamos irão parar de formar estrelas e irão colidir e coalescer em uma gigantesca galáxia elíptica," disse Chapman.

Essa pesquisa é apresentada em um artigo intitulado "Um núcleo massivo para um aglomerado de galáxias com um redshift de 4.3," por T. B. Miller, et. al.

Fonte: Phys.org