Revelando uma bolha espacial na madrugada cósmica

Hubble/Subaru/Spitzer (imagem composta de Himiko)

A bolha gigante Himiko, em homenagem a uma lendária rainha do Japão antigo, é uma enorme galáxia com um halo gasoso brilhante e quente que se estende por 55 mil anos-luz.

Himiko está muito distante, vista em um momento cerca de 800 milhões de anos após o Big Bang, quando o Universo tinha apenas 6% do seu tamanho e as estrelas e as galáxias presentes estavam apenas começando a se formar. Himiko foi descoberta em 2009 por Masami Ouchi, professor associado do Institute of Cosmic Ray Research da Universidade de Tóquio, usando o telescópio Subaru, no Mauna Kea, no Havaí.

Como poderia uma galáxia tão precoce possuir energia suficiente para alimentar uma vasta nuvem de gás brilhante?

Em busca de resposta, Richard Ellis, professor de astronomia do Instituto de Tecnologia da Califórnia, juntamente com colegas da Universidade de Tóquio e do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, empreendeu uma exploração de Himiko utilizando os recursos combinados do telescópio espacial Hubble e do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) no deserto do Atacama, no Chile. 

Os dados recolhidos através destas observações respondeu à pergunta inicial sobre a fonte de energia que impulsiona Himiko, mas revelou alguns dados intrigantes também. As imagens do Hubble, recebendo luz óptica e ultravioleta, revelaram três aglomerados estelares, cobrindo um espaço de 20.000 anos-luz. Cada amontoado é do tamanho de uma galáxia luminosa típica à época de Himiko. Juntos, os aglomerados atingem uma taxa prodigiosa de formação de estrelas, o equivalente a cerca de cem massas solares por ano. Isto é mais do que suficiente para explicar a existência de Himiko e seu halo gasoso. 

A observação dos três aglomerados estelares é extraordinária, pois significa que Himiko é uma "fusão tripla ", sendo um evento extremamente raro. Mas uma anomalia surpreendente surgiu quando Himiko foi observada pelo ALMA. Embora a nuvem de gás gigante era agitada com energia nas frequências ultravioletas e ópticas, era comparativamente lenta na região do submilímetro e do rádio. Normalmente, intensa formação de estrelas cria nuvens de poeira que são compostas de elementos como carbono, oxigênio e silício, que são pesados ​​em comparação com o hidrogênio e hélio da fase inicial do Universo.

Quando essas nuvens de poeira são aquecidas pela luz ultravioleta emitida pelas estrelas em desenvolvimento, a poeira reemite a luz ultravioleta para o Universo em comprimentos de onda de rádio. Mas o ALMA não recebeu sinais de rádio significativos de Himiko, sugerindo que elementos mais pesados ​​não estão presentes. Também faltou a assinatura espectral associada à emissão de carbono gasoso, algo também comum em galáxias com formação estelar intensa. A intensidade da emissão de rádio de gases de carbono é mais de 30 vezes mais fraca do que as galáxias atuais, com atividades de formação de estrelas comparáveis. Ambas não detecções, de ondas de rádio e de gases de carbono, são desconcertantes, uma vez que o carbono é normalmente rapidamente sintetizado em estrelas jovens. 

De fato, a emissão de carbono tem sido até então recomendada como um marcador de formação de estrelas em galáxias distantes. Mas, como Ellis e seus colegas astrônomos descobriram, a Himiko não contém as nuvens de poeira de elementos mais pesados ​​encontradas em galáxias energéticas típicas. Em vez disso, seu gás interestelar é composta de hidrogênio e hélio, materiais primitivos formados no próprio Big Bang.

A equipe de pesquisadores não chegou a essa conclusão rapidamente. Eles primeiro cuidadosamente descartaram várias outras explicações possíveis para Himiko, incluindo que a bolha gigante está sendo criada pela ampliação de um objeto em primeiro plano por um fenômeno conhecido como lente gravitacional, ou está sendo alimentada por um buraco negro maciço em seu centro. 

Em última análise, a equipe concluiu que Himiko é provavelmente uma galáxia primordial capturada no momento de sua formação entre 400 a 1.000 milhões anos após o Big Bang. [Todai University Of Tokyo]