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Quasar ilumina filamento da teia cósmica que interliga o Universo

Os astrônomos descobriram um quasar distante iluminando uma grande nebulosa de gás difuso, revelando pela primeira vez parte da rede de filamentos que se pensa conectar galáxias em uma rede cósmica. Pesquisadores da Universidade da Califórnia, em Santa Cruz, lideraram o estudo, publicado em 19 de janeiro na Nature.

Usando o telescópio Keck I de 10 metros do Observatório WM Keck, no Havaí, os pesquisadores detectaram uma grande nebulosa, luminosa de gás que se estende cerca de 2 milhões de anos-luz através do espaço intergaláctico.

Este é um objeto muito excepcional: é enorme, pelo menos duas vezes maior que qualquer nebulosa detectada antes, e se estende bem além do ambiente galáctico do quasar, disse o autor Sebastiano Cantalupo, um pós-doutorado na Universidade da Califórnia em Santa Cruz.

A teia cósmica que compões o Universo

O modelo cosmológico padrão de formação de estruturas no universo prevê que galáxias são incorporadas em uma rede cósmica de matéria, a maioria das quais (cerca de 84 por cento) é a chamada matéria escura invisível. Esta rede é vista nos resultados de simulações de computador da evolução da estrutura do universo, que mostram a distribuição da matéria escura em grandes escalas, incluindo os halos de matéria escura em que as galáxias se formam e a teia cósmica de filamentos que os conectam. A gravidade faz com que a matéria comum siga a distribuição da matéria escura, por isso, filamentos de difusa massa de gás ionizado, teoricamente traçam um padrão semelhante ao observado em simulações de matéria escura.

O modelo atual da teia cósmica

A matéria comum cria uma espécie de teia no espaço, interligando galáxias e aglomerados de galáxias através de filamentos de gases quentes e tênues, porém formados por matéria comum. Não obstante o fato de galáxias e aglomerados de galáxias serem estruturas de grande tamanho, a maior parte do que chamamos de cosmos é um imenso espaço vazio e esses filamentos se estendem por grandes distâncias. Com base nisso, cálculos sugerem que eles contenham mais da metade de toda matéria no Universo.

Até agora, no entanto, esses filamentos nunca foram vistos. Gás intergaláctico foi detectado pela sua absorção de luz a partir de fontes luminosas de fundo, mas os resultados não revelam a forma como o gás é distribuído. Neste estudo, os pesquisadores detectaram o brilho fluorescente de gás hidrogênio resultante da sua iluminação por intensa radiação do quasar.

Este quasar está iluminando o gás difuso em escalas bem além de qualquer que já vimos antes, dando-nos a primeira imagem de gás estendida entre as galáxias. Ele fornece uma visão fantástica para a estrutura global do nosso universo, disse o co-autor J. Xavier Prochaska, professor de astronomia e astrofísica da Universidade da Califórnia em Santa Cruz.

Primeira imagem da teia cósmica, observações mostram a estrutura apenas à frente do quasar. Imagem: A. Klypin/J. Primack/S. CantalupoO gás hidrogênio iluminado pelo quasar emite luz ultravioleta conhecida como radiação alfa Lyman. A distância até o quasar é tão grande (cerca de 10 bilhões de anos-luz) que a luz emitida é “esticada” pela expansão do universo a partir de um comprimento de onda ultravioleta invisível para um tom de violeta visível no momento em que chega ao telescópio Keck. Sabendo a distância para o quasar, os pesquisadores calcularam o comprimento da onda de radiação Lyman alfa daquela distância e construíram um filtro especial para o espectrômetro do telescópio para obter uma imagem do comprimento de onda.

“Nós estudamos outros quasares desta forma, sem a detecção de tal gás estendido”, disse Cantalupo. “A luz do quasar é como um feixe de luz, e, neste caso, tivemos sorte que a lanterna está apontanda na direção da nebulosa e ilumina o gás. Nós acreditamos que este gás é parte de um filamento que pode ser ainda mais extenso do que isso, mas nós só podemos ver parte do filamento que é iluminado pela emissão feixes de luz do quasar “.

Quasares e galáxias escuras

Um quasar é um tipo de núcleo galáctico ativo que emite intensa radiação alimentada por um buraco negro supermassivo no centro da galáxia. Numa pesquisa anterior em quasares distantes usando a mesma técnica para procurar gás iluminado, Cantalupo e outros pesquisadores, detectaram as chamadas “galáxias escuras”, os nós mais densos de gás da rede cósmica. Acreditasse que estas galáxias escuras são muito pequenas ou muito jovens para terem estrelas formadas.

Nós nas teias cósmica

“As galáxias escuras são peças muito mais densas e menores da teia cósmica. Nesta nova imagem, vemos também galáxias escuras, além da nebulosa mais difusa e prolongada”, disse Cantalupo. “Parte desse gás vai cair em galáxias, mas a maior parte dela permanecerá difusa e nunca formará estrelas.”

Os pesquisadores estimaram a quantidade de gás na nebulosa em pelo menos dez vezes mais do que o esperado a partir dos resultados de simulações de computador. “Achamos que pode haver mais gás contido em pequenos grupos densos dentro da teia cósmica do que é visto em nossos modelos. Estas observações estão desafiando nossa compreensão de gás intergaláctico e nos dando um novo campo para testar e refinar nossos modelos”, disse Cantalupo.

Referências

  1. Sebastiano Cantalupo, Fabrizio Arrigoni-Battaia, J. Xavier Prochaska, Joseph F. Hennawi & Piero Madau. A cosmic web filament revealed in Lyman-α emission around a luminous high-redshift quasarNature, January 2014. DOI:10.1038/nature12898
  2. University of California – Santa Cruz (2014, January 19). Distant quasar illuminates a filament of the cosmic webScienceDaily. Retrieved
  3. Jörg P. Dietrich, Norbert Werner, Douglas Clowe, Alexis Finoguenov, Tom Kitching, Lance Miller, Aurora Simionescu. A filament of dark matter between two clusters of galaxies. Nature: Vol.: Published online. DOI: 10.1038/nature11224
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Escrito por Equipe de Redação Ciências e Tecnologia

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Pesquisadores descobriram um quasar distante iluminando a teia cósmica que interliga galáxias e aglomerados de galáxias no universo, o que rendeu uma imagem