Título: A massive core for a cluster of galaxies at a redshift of 4.3
Autor: T. B. Miller, S. C. Chapman, M. Aravena e colaboradores
Instituição do primeiro autor: Department of Physics and Atmospheric Science, Dalhousie University, Halifax, Canadá
Status: Publicado na revista Nature, [acesso aberto no arXiv]
Aglomerados de galáxias são as maiores estruturas, ligadas pela gravidade, presentes no universo. Com número de galáxias por vezes chegando a milhares, é onde existe a maior concentração de matéria, incluindo a escura, e onde se observam grande galáxias elípticas, resultado de várias interações entre galáxias. Além disso, os aglomerados normalmente hospedam buracos negros supermassivos e com grandes quantidades de gás quente emitindo raios-X. Porém, como os aglomerados se formam e evoluem são questões ainda em discussão.
Por isso, é importante o estudo dos chamados “protoaglomerados” de galáxias, aglomerados ainda em formação quando o universo ainda era jovem. Observações de tais aglomerados em formação são difíceis pois conforme observamos cada vez mais longe (ao longo de um universo mais jovem), a luminosidade observada das galáxias diminui, e conseguimos observar apenas as muito luminosas. Apesar de simulações indicarem que aglomerados de muitas galáxias formando estrelas em grandes quantidades devem existir no universo jovem, os protoaglomerados observados até o momento indicam apenas um punhado de galáxias em seu estado mais ativo de formação estelar.
No artigo de hoje os autores reportam a descoberta de 14 galáxias com alta taxa de formação estelar no protoaglomerado SPT2349-56, que fica a 12,4 bilhões de anos-luz de distância (redshift de 4.31, quando o universo tinha apenas 1,4 bilhões de anos). Inicialmente descoberto utilizando o South Pole Telescope, o protoaglomerado SPT2349-56 foi observado com o rádio telescópio ALMA, que obtêm espectros e imagens com alta resolução espacial. Utilizando estes espectros, os autores utilizaram duas linhas de emissão relacionadas a formação estelar, [CII] e CO(4-3). Medindo estas linhas eles conseguiram estimar a taxa de formação de estrelas nestas galáxias, que chega até ~1000 massas solares por ano nas duas mais brilhantes, enquanto o sistema todo forma estrelas em uma taxa de 6000 massas solares por ano. Esta taxa é 6000 vezes maior que a da Via Láctea!
Como um protoaglomerado com tantas galáxias foi formado no universo tão jovem é um desafio para nossa compreensão de evolução cósmica. A figura 2 é um demonstrativo disso. No painel à esquerda vemos a relação entre a luminosidade na faixa de 870 µm (que está relacionada com a taxa de formação estelar) e a concentração espacial desta luminosidade. Ou seja, quão concentrada é a formação estelar. Os asteriscos pretos, que representam SPT2349-56, indicam que este protoaglomerado é muito mais concentrado que outros encontrados quando o universo tinha idades similares. Ainda, ele também tem maior concentração do que o esperado por modelos teóricos (representados por curvas sombreadas).
Já o painel da direita na figura 2 mostra como se distribuem os aglomerado de galáxias de diferentes massas ao longo da distância (redshift). Vemos que SPT2349-56, segundo simulações de N-corpos, pode ser um protoaglomerado com massa suficiente (10^13 massas solares) para se tornar um aglomerado do tamanho de Coma (10^15 massas solares), um dos mais massivos e a apenas 100 Mpc de nós. No entanto os autores tomam o cuidado de mencionar que esta projeção é bastante incerta, visto que não sabemos bem como os halos de matéria escura crescem em massa.
A discrepância observada na Fig. 2a entre SPT2349-56 e outros protoaglomerados pode indicar que este aglomerado é especialmente massivo por questões de ambiente, com uma maior densidade de gás no universo primordial nesta região. Modelos atuais, no entanto, não conseguem prever a alta taxa de formação estelar observada, o que pode significar que SPT2349-56 está em um estágio evolutivo avançado em comparação a outros protoaglomerados. De qualquer forma, ainda não conseguimos explicar exatamente como um monstro deste tamanho se formou em tão pouco tempo.
Astropontos 