Cientistas detectam água em uma galáxia muito, muito distante

Concepção artística que mostra o continuum de poeira e as linhas moleculares de monóxido de carbono e água vistas no par de galáxias conhecido como SPT0311-58. Os dados do Alma revelam CO e H2O abundantes na maior das duas galáxias, indicando que o universo molecular estava se fortalecendo logo depois que os elementos foram inicialmente forjados. Crédito: Alma (ESO/Naoj/NRAO)/S. Dagnello (NRAO)

A água foi detectada na galáxia mais massiva do universo inicial, de acordo com novas observações do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma). Os cientistas que estudam o objeto SPT0311-58 encontraram ali H2O e monóxido de carbono. Essa galáxia está localizada a cerca de 12,88 bilhões de anos-luz da Terra.

A pesquisa foi publicada na revista The Astrophysical Journal.

A detecção dessas duas moléculas em abundância sugere que o universo molecular estava se fortalecendo pouco depois que os elementos foram forjados nas estrelas primitivas. A nova pesquisa compreende o estudo mais detalhado do conteúdo de gás molecular de uma galáxia no início do universo até o momento e a detecção mais distante de H2O em uma galáxia regular em formação de estrelas.

Na infância do universo

A SPT0311-58 é na verdade composta por duas galáxias. Esse objeto foi visto pela primeira vez por cientistas do Alma em 2017 e já existiria na Época da Reionização. Nessa época o universo tinha apenas 780 milhões de anos – cerca de 5% de sua idade atual – e as primeiras estrelas e galáxias estavam nascendo. Os cientistas acreditam que as duas galáxias podem estar se fundindo e que sua rápida formação estelar não está apenas consumindo seu gás, ou combustível de formação estelar, mas que pode posteriormente fazer o par evoluir para galáxias elípticas massivas como as vistas no universo local.

“Usando observações de alta resolução do Alma de gás molecular no par de galáxias conhecidas coletivamente como SPT0311-58, detectamos moléculas de água e de monóxido de carbono na maior das duas galáxias. O oxigênio e o carbono, em particular, são elementos de primeira geração e, nas formas moleculares de monóxido de carbono e água, são essenciais para a vida como a conhecemos”, disse Sreevani Jarugula, astrônomo da Universidade de Illinois (EUA) e principal investigador da nova pesquisa. “Essa galáxia é a galáxia mais massiva atualmente conhecida em desvio para o vermelho, ou a época em que o universo ainda era muito jovem. Ela tem mais gás e poeira em comparação com outras galáxias no início do universo, que nos dá muitas oportunidades potenciais de observar moléculas abundantes e entender melhor como esses elementos criadores de vida impactaram o desenvolvimento do universo primitivo.”

A água, em particular, é a terceira molécula mais abundante no universo, depois do hidrogênio molecular e do monóxido de carbono. Estudos anteriores de galáxias no universo local e inicial correlacionaram a emissão de água e a emissão de infravermelho distante da poeira. “A poeira absorve a radiação ultravioleta das estrelas da galáxia e a reemite na forma de fótons em infravermelho”, disse Jarugula. “Isso excita ainda mais as moléculas de água, dando origem à emissão de água que os cientistas são capazes de observar. Nesse caso, nos ajudou a detectar a emissão de água nessa enorme galáxia. Essa correlação poderia ser usada para desenvolver a água como um marcador de formação estelar, que poderia então ser aplicado a galáxias em uma escala cosmológica.”

Taxa muito maior

Estudar as primeiras galáxias a se formarem no universo ajuda os cientistas a entender melhor o nascimento, o crescimento e a evolução do universo e de tudo que há nele, incluindo o Sistema Solar e a Terra. “As primeiras galáxias estão formando estrelas a uma taxa milhares de vezes maior do que a Via Láctea”, disse Jarugula. “O estudo do conteúdo de gás e poeira dessas primeiras galáxias nos informa sobre suas propriedades, como e quantas estrelas estão se formando, a qual taxa o gás é convertido em estrelas, como as galáxias interagem entre si e com o meio interestelar e muito mais.”

De acordo com Jarugula, ainda existe muito o que aprender sobre o par SPT0311-58 e as galáxias do universo primitivo. “Este estudo não só fornece respostas sobre onde e a que distância a água pode existir no universo, mas também deu origem a uma grande questão: como tanto gás e poeira se juntaram para formar estrelas e galáxias tão cedo no universo”, observou ele. “A resposta requer um estudo mais aprofundado dessas e de galáxias formadoras de estrelas semelhantes para obter uma melhor compreensão da formação estrutural e evolução do universo primitivo.”

“Esse resultado empolgante, que mostra o poder do Alma, contribui para uma coleção crescente de observações do universo primitivo”, disse Joe Pesce, astrofísico e diretor do Programa Alma da National Science Foundation (NSF, dos Estados Unidos). “Essas moléculas, importantes para a vida na Terra, estão se formando assim que podem, e sua observação está nos dando uma visão dos processos fundamentais de um universo muito diferente do de hoje.”