Astrónomos detetam um fraco brilho cósmico proveniente de galáxias primitivas ocultas

    Ao rastrear a subtil radiação de hidrogénio através do espaço profundo, os astrónomos mediram a luz colectiva de galáxias demasiado ténues para serem visíveis individualmente, revelando uma estrutura do Universo primitivo até então oculta.

    Secção de um mapa de intensidade de linhas que mostra a distribuição do hidrogénio luminescente no Universo há cerca de 10 mil milhões de anos. As estrelas indicam onde o HETDEX detetou galáxias. A inserção simula a estrutura deste mapa uma vez ampliado e o ruído de fundo é removido dos dados. Crédito: Maja Lujan Niemeyer/Instituto Max Planck de Astrofísica/HETDEX, Chris Byrohl/Universidade de Stanford/HETDEX.
    Secção de um mapa de intensidade de linhas que mostra a distribuição do hidrogénio luminescente no Universo há cerca de 10 mil milhões de anos. As estrelas indicam onde o HETDEX detetou galáxias. A inserção simula a estrutura deste mapa uma vez ampliado e o ruído de fundo é removido dos dados. Crédito: Maja Lujan Niemeyer/Instituto Max Planck de Astrofísica/HETDEX, Chris Byrohl/Universidade de Stanford/HETDEX.

    Grande parte do Universo está cheio de hidrogénio gasoso. Quando recebem energia de estrelas próximas, os átomos de hidrogénio emitem um sinal ultravioleta caraterístico conhecido como radiação Lyman-alfa, que os astrónomos utilizam frequentemente para localizar galáxias distantes.

    Mas muitas galáxias permanecem demasiado ténues para serem detetadas individualmente, mesmo em grandes estudos.

    O telescópio Hobby-Eberly explora o espaço profundo como parte do projeto HETDEX, um estudo que mede a fraca radiação de hidrogénio de galáxias distantes.
    O telescópio Hobby-Eberly explora o espaço profundo como parte do projeto HETDEX, um estudo que mede a fraca radiação de hidrogénio de galáxias distantes.

    Um novo estudo publicado no The Astrophysical Journal mostra que o brilho combinado destas galáxias invisíveis ainda pode ser medido. Utilizando dados da Experiência de Energia Escura do Telescópio Hobby-Eberly (HETDEX), os investigadores detetaram emissões ténues de hidrogénio que abrangem enormes distâncias cósmicas, captando a luz de galáxias que normalmente escapam à deteção.

    Medir a luz oculta do Universo

    Os estudos galáticos tradicionais centram-se na identificação de objetos individuais suficientemente brilhantes para os distinguir do ruído de fundo. Em contraste, este novo estudo utiliza um método chamado mapeamento da intensidade da linha, que mede a radiação total emitida por todas as fontes numa região do espaço.

    Em vez de isolar galáxias individuais, esta técnica regista o brilho combinado de muitas galáxias e do gás hidrogénio circundante.

    A emissão de hidrogénio conhecida como radiação Lyman-alfa revela galáxias distantes e gás difuso no início do Universo.
    A emissão de hidrogénio conhecida como radiação Lyman-alfa revela galáxias distantes e gás difuso no início do Universo.

    Para isolar este sinal ténue, os investigadores compararam dois conjuntos de dados: um catálogo de galáxias conhecidas emissoras de Lyman-alfa e medições espectrais contendo apenas radiação de fundo difusa. Ao analisar a correlação entre estes conjuntos de dados, conseguiram detetar a impressão digital estatística da emissão de hidrogénio não resolvida.

    O resultado revela a radiação de galáxias demasiado ténues para aparecerem nos catálogos tradicionais.

    Uma janela para o universo jovem

    As medições analisam um período em que o Universo tinha aproximadamente 2 a 4 mil milhões de anos, correspondendo a desvios para o vermelho entre 1,9 e 3,5. Durante esta época, as galáxias estavam a formar estrelas rapidamente e a montar as estruturas que mais tarde evoluíram para a paisagem cósmica atual.

    Ao estudar a forma como a fraca emissão de hidrogénio se alinha com as posições conhecidas das galáxias, os investigadores estimaram o brilho médio da radiação Lyman-alfa não resolvida em grandes regiões do espaço.

    Os astrónomos utilizaram a emissão de hidrogénio para traçar a estrutura cósmica em grande escala há milhares de milhões de anos.
    Os astrónomos utilizaram a emissão de hidrogénio para traçar a estrutura cósmica em grande escala há milhares de milhões de anos.

    Os seus resultados sugerem que grande parte deste brilho cósmico difuso tem origem em galáxias comuns de formação estelar, cuja luz é dispersa pelo gás hidrogénio circundante.

    O sinal medido parece mais fraco do que algumas estimativas anteriores derivadas de observações de quasares, sugerindo que as medições anteriores podem ter sobrestimado o brilho deste fundo cósmico.

    Revelar a estrutura para além das galáxias visíveis

    O estudo mostra que grandes levantamentos como o HETDEX podem detetar radiação ténue que traça a mesma estrutura em grande escala do universo que as galáxias visíveis.

    O brilho ténue do fundo de hidrogénio ajuda a revelar galáxias que passam despercebidas nos levantamentos tradicionais.
    O brilho ténue do fundo de hidrogénio ajuda a revelar galáxias que passam despercebidas nos levantamentos tradicionais.

    Estas medições fornecem uma nova forma de estudar a teia cósmica, a vasta rede de filamentos de gás e galáxias que se estende por milhares de milhões de anos-luz.

    Ao captar a luz de galáxias que não podem ser vistas individualmente, as técnicas de mapeamento de intensidade podem ajudar os astrónomos a construir uma imagem mais completa de como as galáxias se formaram e como a matéria fluiu através do Universo primitivo.