Usando o Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), os astra´nomos

encontraram uma gala¡xia bebaª em rotação com 1/100 do tamanho da Via La¡ctea em uma anãpoca em que o universo tinha apenas 7% de sua idade atual. Graças a  assistaªncia do efeito de lente gravitacional, a equipe foi capaz de explorar pela primeira vez a natureza de pequenas e escuras "gala¡xias normais" no ini­cio do universo, representativas da população principal das primeiras gala¡xias, o que avana§a muito em nosso entendimento de a fase inicial da evolução da gala¡xia.

A lente gravitacional éum fena´meno natural no qual a luz emitida por um objeto distante écurvada pela gravidade de um corpo massivo, como uma gala¡xia ou um aglomerado de gala¡xias localizado em primeiro plano. O nome "lente gravitacional" éderivado do fato de que a gravidade do objeto massivo atua como uma lente. Quando olhamos atravanãs de uma lente gravitacional, a luz de objetos distantes éintensificada e suas formas são alongadas. Em outras palavras, éum "telesca³pio natural" flutuando no Espaço.

A equipe do ALMA Lensing Cluster Survey (ALCS) usou o ALMA para pesquisar um grande número de gala¡xias no ini­cio do universo que são aumentadas por lentes gravitacionais. Combinando o poder do ALMA, com a ajuda dos telesca³pios naturais, os pesquisadores são capazes de descobrir e estudar gala¡xias mais fracas.

Por que écrucial explorar as gala¡xias mais fracas do universo primitivo? A teoria e as simulações preveem que a maioria das gala¡xias formadas algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang são pequenas e, portanto, fracas. Embora várias gala¡xias no universo primitivo tenham sido observadas anteriormente, as estudadas foram limitadas aos objetos mais massivos e, portanto, as gala¡xias menos representativas no universo inicial, por causa das capacidades do telesca³pio. A única maneira de entender a formação padrãodas primeiras gala¡xias e obter uma imagem completa da formação de gala¡xias éfocalizar nas gala¡xias mais fracas e numerosas.

A equipe do ALCS realizou um programa de observação em grande escala que levou 95 horas, que éum tempo muito longo para observações do ALMA, para observar as regiaµes centrais de 33 aglomerados de gala¡xias, que pode causar lentes gravitacionais. Um desses aglomerados, denominado RXCJ0600-2007, estãolocalizado na direção da constelação de Lepus e tem massa de 1.000 trilhaµes de vezes a do Sol. A equipe descobriu uma única gala¡xia distante que estãosendo afetada pelas lentes gravitacionais criadas por este telesca³pio natural. O ALMA detectou a luz de a­ons de carbono e poeira estelar na gala¡xia e, juntamente com dados obtidos com o telesca³pio Gemini, determinou que a gala¡xia évista como era cerca de 900 milhões de anos após o Big Bang (12,9 bilhaµes de anos atrás). Uma análise mais aprofundada desses dados sugeriu que uma parte dessa fonte évista 160 vezes mais brilhante do que éintrinsecamente.

Medindo com precisão a distribuição de massa do aglomerado de gala¡xias, épossí­vel "desfazer" o efeito de lente gravitacional e restaurar a aparaªncia original do objeto ampliado. Combinando dados do Telescópio Espacial Hubble e do Very Large Telescope do European Southern Observatory com um modelo tea³rico, a equipe conseguiu reconstruir a forma real da gala¡xia distante RXCJ0600-z6. A massa total desta gala¡xia écerca de 2 a 3 bilhaµes de vezes a do Sol, que écerca de 1/100 do tamanho de nossa própria Gala¡xia, a Via La¡ctea.

O que surpreendeu a equipe éque o RXCJ0600-z6 estãogirando. Tradicionalmente, pensava-se que o gás nas gala¡xias jovens tinha movimento aleata³rio e caa³tico. Apenas recentemente o ALMA descobriu várias gala¡xias jovens em rotação que desafiaram a estrutura tea³rica tradicional, mas estas eram várias ordens de magnitude mais brilhantes (maiores) do que RXCJ0600-z6.

"Nosso estudo demonstra, pela primeira vez, que podemos medir diretamente o movimento interno dessas gala¡xias taªnues (menos massivas) no Universo inicial e compara¡-lo com as previsaµes tea³ricas", diz Kotaro Kohno, professor da Universidade de Ta³quio e o lider da equipe ALCS.

"O fato de o RXCJ0600-z6 ter um fator de ampliação muito alto também aumenta as expectativas para pesquisas futuras", explica Seiji Fujimoto, bolsista DAWN no ​​Instituto Niels Bohr. "Esta gala¡xia foi selecionada, entre centenas, para ser observada pelo Telescópio Espacial James Webb (JWST), o telesca³pio espacial de última geração a ser lana§ado neste outono. Por meio de observações conjuntas usando ALMA e JWST, vamos desvendar as propriedades do gás estrelas em uma gala¡xia bebaª e seus movimentos internos. Quando o Telescópio Trinta Metros e o Telescópio Extremamente Grande forem conclua­dos, eles podera£o detectar aglomerados de estrelas na gala¡xia e, possivelmente, atémesmo identificar estrelas individuais. Ha¡ um exemplo de lente gravitacional que tem sido usado para observar uma única estrela a 9,5 bilhaµes de anos-luz de distância, e esta pesquisa tem o potencial de estender isso para menos de um bilha£o de anos após o nascimento do Universo. "