Galáxia distante e empoeirada se escondendo no escuro

Título: ALMA Deep Field in SSA22: A near-infrared-dark submillimeter galaxy at z = 4.0

Autores: H. Umehata, I. Smail, A. M. Swinbank, K. Kohno, Y. Tamura, T. Wang, Y. Ao, B. Hatsukade, M. Kubo, K. Nakanishi, e N. N. Hayatsu

Instituição do Primeiro Autor: RIKEN Cluster for Pioneering Research, Instituto de Astronomia, Universidade de Tóquio

Status: Publicado no Astronomy & Astrophysics [acesso livre]

Galáxias starburst massivas, cobertas de poeira, são essenciais para as teorias de formação e evolução de galáxias, mas para nossos olhos e telescópios ópticos, elas estão se escondendo no escuro. Nessas galáxias formadoras de estrelas cheias de poeira (do inglês, DSFGs) distantes, a luz de suas novas estrelas é emitida em comprimentos de onda ópticos e infravermelhos próximos (do inglês, OIR), então absorvida e re-irradiada pela poeira em comprimentos de onda mais longos, na faixa do (sub)milímetro. Esse efeito de camuflagem da poeira pode tornar até mesmo os surtos de formação estelar hiper luminosos mais extremos quase invisíveis no OIR, tornando essas observações um desafio.

Galáxias escuras no infravermelho próximo

Observar comprimentos de onda mais longos com instrumentos de alta precisão como o telescópio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) pode nos ajudar a ver no escuro e resolver DSFGs cada vez mais distantes. Em um artigo recente, Umehata et al. relatam a descoberta de uma dessas “galáxias ALMA” distantes, escuras no infravermelho, que são galáxias detectáveis em comprimentos de onda (sub)milimétricos que não são detectados em imagens OIR profundas, conforme mostrado na Figura 1.

Figura 1: Da esquerda para a direita, os primeiros 6 painéis mostram uma observação do contínuo da galáxia ADF22.A2 em bandas aumentando em comprimento de onda de infravermelho próximo para (sub)milímetro. Os três painéis mais à direita focalizam as assinaturas de emissão específicas que rastreiam o gás molecular. A galáxia não é detectada na banda Ks de comprimento de onda mais curto com os telescópios OIR tradicionais e fortemente detectada em comprimentos de onda mais longos (sub)mm com antenas interferométricas. Figura adaptada da Figura 2 em Umehata et al. 2020; desenho de linha do espectro eletromagnético adaptado da Wikipedia.

Inicialmente, os autores fizeram observações profundas do ALMA para pesquisar galáxias no campo de visão de um proto aglomerado bem conhecido, um sistema denso e instável de galáxias começando a formar um aglomerado de galáxias. Este proto aglomerado, SSA22, é como um grande show de fogos de artifício, rico em galáxias ativas e surtos de formação estelar na interseção de filamentos de alta densidade da teia cósmica. SSA22 está dando seu show de fogos de artifício há cerca de dois bilhões de anos após o Big Bang, ou no redshift z ~ 3.1.

No entanto, o artigo de hoje relata uma galáxia ainda mais distante, localizada atrás do show de fogos de artifício. Enquanto observavam no campo de visão de SSA22, os autores descobriram um novo alvo no fundo do proto aglomerado, uma galáxia mais distante no redshift z ~ 4, apelidada de ADF22.A2.

Os autores então usaram observações espectroscópicas e fotométricas abrangendo vários regimes de comprimento de onda para inferir algumas das principais propriedades físicas da galáxia, como sua massa estelar (~1011 M), luminosidade no infravermelho (~5 x 1012 L), massa de gás molecular (ou quantidade de combustível de formação de estrelas, ~5 x 1010 M) e taxa de formação de estrelas (~400 M/ano). Em comparação com a nossa galáxia, a Via Láctea, ADF22.A2 é muito mais luminosa no infravermelho devido à maior atividade de formação de estrelas, mais rica em gás que alimenta essa formação estelar e, finalmente, produz estrelas a uma taxa centenas de vezes maior. A partir dessas estimativas, eles descobriram que as características de ADF22.A2 são consistentes com outros DSFGs massivos.

Colocando a descoberta no contexto

Então, como esta galáxia se encaixa na história de evolução de galáxias? Os autores concluem o artigo de descoberta pintando um quadro de galáxias ativas, formadoras de estrelas, como ADF22.A2, estabelecendo-se em galáxias mais envelhecidas e sem formação estelar ao longo do tempo. Os astrônomos têm identificado mais e mais galáxias quiescentes (ou não formadoras de estrelas) em altos redshifts de z ~ 3-4, surpreendentemente no início da história do universo. Essas galáxias quiescentes já devem ter passado por fases ativas de formação de estrelas em redshifts mais altos, então a mera existência de galáxias passivas em z ~ 3-4 requer que haja galáxias ativas em z> 4.

Com uma fração de massa de gás um tanto esgotada (a quantidade relativa da massa da galáxia em gás, o combustível para a formação de estrelas) de 35% e uma alta massa estelar de ~ 1011 M, os autores sugerem que ADF22.A2 deve ser moderadamente evoluída e já transformou uma boa parte de seu suprimento de gás em estrelas. A esta taxa, assumindo que mantém a formação de estrelas em centenas de massas solares ao ano, pelo redshift z = 3,6 – 3,8, ADF22.A2 deveria consumir seu reservatório de combustível gasoso e se retirar para um estágio quiescente.

A descoberta e análise desta galáxia é apenas uma imagem instantânea da formação e evolução de galáxias massivas. Com observações adicionais profundas do ALMA, os pesquisadores podem começar a juntar as peças de toda a história quando se trata dessas galáxias escuras e empoeiradas.


Adaptado de Distant, Dusty Galaxy Hiding in the Dark, escrito por Olivia Cooper.

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