Bolha espacial gigante brilha de dentro para fora

Com informações do ESO - 17/08/2011

As bolhas Lyman-alfa são alguns dos maiores objetos existentes no Universo, podendo atingir centenas de milhares de anos-luz (algumas vezes maiores que a Via Láctea).
[Imagem: ESO/M. Hayes]

Energia da bolha

Observações feitas com o Very Large Telescope (VLT) do Observatório Europeu do Sul (ESO) permitiram descobrir a fonte de energia de uma enorme nuvem de gás brilhante no Universo primordial.

As observações mostram pela primeira vez que esta "bolha Lyman-alfa" gigante - um dos maiores objetos individuais conhecidos - obtém a sua energia de galáxias presentes no seu interior.

Uma equipe de astrônomos utilizou o VLT para estudar esse objeto bastante incomum chamado bolha Lyman-alfa. O nome vem do fato destas bolhas emitirem radiação com um comprimento de onda característico, conhecida como radiação de "Lyman-alfa", que é produzida quando elétrons nos átomos de hidrogênio descem do segundo nível de energia para o nível fundamental.

Luz polarizada

Estas estruturas enormes e muito luminosas são geralmente observadas em regiões do Universo primitivo, onde a matéria se concentra. A equipe descobriu que a radiação emitida por uma destas bolhas é polarizada. A luz polarizada é utilizada, por exemplo, para criar efeitos 3D no cinema.

Quando as ondas de luz são polarizadas, as suas componentes de campo elétrico e magnético têm uma orientação específica. Na luz não-polarizada a orientação dos campos é aleatória, não apresentando nenhuma direção privilegiada.

O efeito 3D é criado fazendo com que o olho esquerdo e o direito vejam imagens ligeiramente diferentes. Em alguns cinemas 3D este efeito é conseguido através de luz polarizada: imagens separadas feitas com radiação polarizada de modo diferente são enviadas aos nossos olhos esquerdo e direito através de filtros polarizantes que formam as "lentes" dos óculos.

Esta é a primeira vez que se encontra polarização numa bolha Lyman-alfa, fazendo com que esta observação ajude a compreender por que é que estas bolhas brilham.

"Mostramos pela primeira vez que o brilho destes enigmáticos objetos vem de radiação dispersada, emitida por galáxias brilhantes escondidas no seu interior, em vez de ser o gás espalhado por toda a nuvem que está brilhando," explica Matthew Hayes (Universidade de Toulouse, França), autor principal do artigo científico que apresenta estes resultados, e que será publicado na revista Nature.

Maiores objetos do Universo

As bolhas Lyman-alfa são alguns dos maiores objetos existentes no Universo: nuvens gigantes de hidrogênio gasoso que podem atingir diâmetros de algumas centenas de milhares de anos-luz (algumas vezes maiores que a Via Láctea).

Elas são tão energéticas como as galáxias mais brilhantes.

São encontradas, tipicamente, a grandes distâncias, por isso vemo-las tal como eram quando o Universo tinha apenas alguns bilhões de anos de idade. São por isso objetos importantes para o estudo da formação e evolução de galáxias quando o Universo era jovem.

Mas a fonte de energia da sua luminosidade extrema, assim como a precisa natureza das bolhas, tem permanecido pouco clara.

A equipe estudou uma das primeiras bolhas a ser descoberta e também uma das mais brilhantes. Conhecida pelo nome de LAB-1, foi descoberta em 2000 e encontra-se tão distante que a sua radiação levou cerca de 11,5 bilhões de anos para chegar até nós.

Com um diâmetro de cerca de 300.000 anos-luz, é também umas das maiores já encontradas. Possui várias galáxias primordiais no seu interior, incluindo uma galáxia ativa.

Galáxias ativas são galáxias que se supõe conterem nos seus centros muito brilhantes um buraco negro enorme. A sua luminosidade vem do material que está sendo aquecido à medida que é atraído para o interior do buraco negro.

Teorias sobre as bolhas

Existem várias teorias que pretendem explicar as bolhas Lyman-alfa. Uma delas supõe que estes objetos brilham quando gás frio é atraído pela gravidade elevada da bolha e, consequentemente, aquece.

Outra supõe que o brilho destas bolhas deve-se a objetos brilhantes existentes no seu interior: galáxias com formação estelar elevada, ou que contêm buracos negros que estão atraindo matéria.

Estas novas observações mostram que a fonte de energia da LAB-1 deve-se, de fato, a galáxias no seu interior, e não ao gás sendo atraído e aquecido.

A equipe testou as duas teorias fazendo medições para saber se a radiação emitida pela bolha era polarizada.

Ao estudar qual a polarização da radiação, os astrônomos podem inferir sobre os processos físicos que lhe dão origem, ou saber o que aconteceu entre a sua emissão e a sua chegada à Terra.

Se for refletida ou dispersada torna-se polarizada e este efeito sutil pode ser detectado por um instrumento muito sensível.

Medição da polarização

Medir a polarização da radiação emitida por uma bolha Lyman-alfa é, no entanto, algo bastante difícil, já que estes objetos se encontram muito distantes de nós.

"Estas observações nunca poderiam ter sido feitas sem o VLT e o seu instrumento FORS. Precisávamos claramente de duas coisas: um telescópio com um espelho de, pelo menos, oito metros de diâmetro, de modo a poder coletar radiação suficiente, e de uma câmera capaz de medir a polarização da radiação. Não existem muitos observatórios no mundo capazes de oferecer uma tal combinação," acrescenta Claudia Scarlata (Universidade do Minnesota, EUA), coautora do artigo.

Ao observar o seu alvo ao longo de cerca de 15 horas com o VLT, a equipe descobriu que a radiação emitida pela bolha Lyman-alfa LAB-1 se encontra polarizada em um anel em torno da região central e que não existe polarização no centro.

Este efeito é praticamente impossível de obter se a radiação for emitida apenas pelo gás que está sendo atraído pela bolha devido à gravidade, mas é precisamente o que se espera se a radiação tiver origem em galáxias existentes na região central, antes de ser dispersada pelo gás.

Os astrônomos planejam agora estudar mais objetos deste tipo no sentido de perceberem se os resultados obtidos para a LAB-1 são válidos para outras bolhas.

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