Estes são os objetos mais distantes já encontrados no universo — até agora

Estes são os objetos mais distantes já encontrados no universo — até agora

Por Daniele Cavalcante | Editado por Patrícia Gnipper | 31 de Março de 2022 às 16h55
Robin Dienel/Carnegie Institution For Science

À medida que os instrumentos de observação celeste evoluem, astrônomos buscam cada vez mais enxergar além das fronteiras invisíveis do universo observável, encontrando estrelas, galáxias, buracos negros, quasares e explosões a bilhões de anos-luz de distância da Terra. O objetivo: entender a formação e evolução dos objetos cósmicos e a própria origem do cosmos. E, para isso, é preciso sempre buscar os objetos espaciais mais distantes do universo.

Saber a distância de objetos espaciais pode ser complicado. Às vezes, podemos confundir a distância que a luz desse objeto percorreu até chegar a nós e a distância real do objeto. Faz sentido dizer que, se a luz de um objeto levou 100 milhões de anos-luz para chegar aqui, significa que este objeto está a 100 milhões de anos-luz de distância, mas é preciso considerar a expansão contínua — e cada vez mais rápida — do universo.

Por isso, vale a pena ficar por dentro dos conceitos usados pelos astrônomos para determinar distâncias, como redshift e distância comóvel. Com o valor do redshift, por exemplo, podemos determinar se um objeto está mais próximo ou mais distante de nós. Por consequência, saberemos o quão antigo ele é.

Como entender as distâncias no universo

Gráfico ilustra o telescópio Hubble que observou a galáxia GN-Z11. O nome da galáxia indica o valor de seu desvio para o vermelho. Nessa linha temporal, ela está localizada próxima à era da reionização, pouco após o surgimento das primeiras estrelas (Imagem: NASA/ESA/P. Oesch/B. Robertson/A. Feild)

Por causa da expansão do universo, todos os objetos distantes ficam cada vez mais afastados. Por isso, astrônomos contam com uma série de números para calcular não apenas a idade e a distância que a luz percorreu até chegar a nós, mas também o quanto o objeto se distanciou enquanto essa luz viajava em nossa direção. Para esse cálculo, eles usam algo chamado desvio para o vermelho (do inglês redshift).

Resumidamente, o desvio para o vermelho é o modo como os astrônomos podem aprender sobre o movimento de objetos cósmicos observando como as cores mudam ao longo do tempo ou como elas diferem do que esperávamos ver. Por exemplo, se um objeto é mais vermelho do que esperávamos, podemos concluir que ele está se afastando de nós.

Isso ocorre porque à medida que um objeto se afasta, as ondas de luz são "esticadas" e movidas para a extremidade vermelha do espectro eletromagnético, onde a luz tem um comprimento de onda maior. Em um universo em constante expansão, os objetos mais distantes se afastam cada vez mais rápido de nós, por isso terão suas luzes desviadas para o vermelho. Quanto maior o número do redshift, mais distante é a fonte de luz.

Assim, podemos entender como objetos que deveriam estar a menos de 13 bilhões de anos-luz de distância estão, atualmente, muito mais longe que isso. A distância “real”, afetada pela expansão do universo, é chamada de “distância comóvel”, e atualmente ultrapassa os 30 bilhões de anos-luz. A medida de redshift é indicada pela letra z.

Dito isto, confira quais são os objetos mais distantes já encontrados no universo até agora. Separamos os recordistas das principais categorias, tais como galáxias, quasares, supernovas, explosões de raios-gama e estrelas.

Os objetos mais distantes do universo

Galáxia GN-z11

GN-z11, o objeto mais distante observado até agora (Imagem: Reprodução/NASA/ESA/G. BACON)

Esta galáxia é atualmente o objeto conhecido mais distante de nós. Ela está localizada na constelação de Ursa Maior e também é a mais antiga do universo observável. Seu desvio para o vermelho é de 11,09 e sua distância comóvel é estimada em 32 bilhões de anos-luz da Terra.

Quando olhamos para a GN-z11, vemos como ela estava há 13,4 bilhões de anos, ou seja, apenas 400 milhões anos após o Big bang. Mas a expansão do universo a levou a distâncias bem superiores.

Supernova SN 1000+0216

Ilustração da supernova observada em 2006 (Imagem: Reprodução/Adrian Malec/Marie Martig)

Essa é a supernova mais distante já observada, em um desvio para o vermelho de z = 3,8993. Ela é uma supernova do tipo II (colapso do núcleo) e pode ter se formado através do mecanismo de instabilidade dos pares, onde a produção da pares elétron-pósitron retarda o colapso gravitacional, fazendo com que toda a massa da estrela seja ejetada na explosão, sem deixar nenhum remanescente. Isso explicaria seu brilho extraordinário.

Ela foi observada primeiro em 2006. Seu pico absoluto de ultravioleta distante excedeu a magnitude absoluta total de sua galáxia hospedeira, e sua luminosidade evoluiu lentamente ao longo de vários anos, pois ainda era detectável em novembro de 2008. Tanto a alta luminosidade quanto a decaimento lento indica que o progenitor da supernova era uma estrela muito massiva.

Galáxia MACS1149-JD1

A MACS1149-JD1 é a segunda galáxia confirmada mais distante já observada (Imagem: Reprodução/Alma/Nasa/Esa/W. Zheng/M. Postman/The Clash Team/Hashimoto)

A MACS1149-JD1 é uma galáxia cuja luz viajou uma distância de 13,28 bilhões de anos-luz até chegar à Terra. Seu desvio para o vermelho é de z = 9.1096 e sua distância comóvel é estimada em 30,37 bilhões de anos-luz. Ela foi fotografada pelos nossos instrumentos graças ao efeito de lentes gravitacionais — a gravidade de um aglomerado em primeiro plano faz com que a luz da galáxia distante seja distorcida e ampliada.

Em 2019, o rádio-observatório ALMA (Atacama Large Millimeter Array) coletou dados dessa galáxia e descobriu um fraco sinal de oxigênio por lá. Assim, ela bateu o recorde de presença mais distante - e mais antiga - de oxigênio já detectada no universo. Suas estrelas foram formadas apenas 250 milhões de anos após o Big Bang, que ocorreu há 13,8 bilhões de anos.

Quasar ULAS J1342+0928

O quasar ULAS J1342+0928 já foi superado, mas por uma diferença muito pequena, por isso ainda merece ser mencionado (Imagem: Robin Dienel/Carnegie Institution For Science)

Este objeto tem um desvio para o vermelho de z = 7,54 e está localizado na constelação de Boötes. É alimentado por um buraco negro supermassivo com 800 milhões de vezes a massa do Sol e já foi o recordista de quasar observado mais distante.

Ele se originou em um período conhecido como "época da reionização", quando as primeiras luzes estelares emitiram radiação através dos gases densos de hidrogênio, tirando o universo da Idade das Trevas.

Quasar J0313-1806

Ilustração do Quasar J0313-1806 (Imagem: Robin Dienel/Carnegie Institution For Science)

Em 2021, os cientistas descobriram um novo quasar recordista de distância, localizado a 13,03 bilhões de anos-luz de distância da Terra, com redshift de z = 7,64, superando a distância do ULAS J1342+0928. Seu buraco negro supermassivo tem massa equivalente a 1,6 bilhão de massas solares.

Quando este objeto surgiu, o haviam se passado apenas 670 milhões de anos após o Big Bang. Considerando os modelos atuais de formação de buracos negros, este quasar (assim como o ULAS J1342+0928) não poderia ganhar a massa que possuem em apenas alguns milhares de anos após o início do universo. Por isso, os astrônomos ainda não sabem como eles se formaram.

Explosão GRB 090423

Ilustração da explosão de raios gama GRB 090423, ocorrida há cerca de 13 bilhões de anos (Imagem: Reprodução/ESO/A. ROQUETTE)

Esse objeto foi uma explosão de raios gama (GRB) detectada em 2009. Seu brilho foi visto através do infravermelho e permitiu que os astrônomos determinassem que seu desvio para o vermelho é z = 8.2, tornando-se assim o objeto de sua categoria mais longe já observado.

Uma explosão de raios gama ocorre como resultado de uma explosão, e pode estar associado à formação de um buraco negro. A explosão dura normalmente apenas alguns segundos, mas as emissões de comprimentos de onda como raios-X produzem um brilho que pode ser observado por horas ou até dias após a explosão.

Estrela Earendel

A estrela mais distante já observada foi anunciada pela NASA em março de 2022 e aparece indicada por uma seta (Imagem: Reprodução/NASA, ESA, B. Welch (JHU), D. Coe (STScI), A. Pagan (STScI)

O telescópio espacial Hubble observou a estrela Earendel através do efeito das lentes gravitacionais. Esta estrela já existia quando o universo tinha cerca de 4 bilhões de anos, já que sua luz levou 12,9 bilhões de anos para chegar até nós. Embora já tenhamos observado galáxias mais distantes, suas estrelas não podem ser observadas individualmente; por isso, Earendel é hoje a estrela identificável mais afastada.

Pelo menos 50 vezes mais massiva que o Sol e com alguns milhões de vezes o brilho do nosso astro, esta também é uma das estrelas mais massivas que conhecemos. Seu redshift é de z = 6,2.

Candidatos a objetos mais distantes

Existem algumas galáxias com redshift estimado muito elevado, mas os valores ainda não foram comprovados. Provavelmente os astrônomos usarão o telescópio James Webb para confirmar essas medições. Portanto, vale ficar atento para futuras notícias. Eis alguns deles:

  • UDFj-39546284 — uma protogaláxia encontrada pelo Hubble, inicialmente estimada em z = 11,9. Estudos posteriores sugerem que pode ser, na verdade, um "intruso" nas imagens, com espectro que apenas "imita" um desvio muito alto para o vermelho.
  • MACS0647-JD — candidata a galáxia mais distante, observada em uma lente gravitacional formada por um aglomerado de galáxias. Redshift estimado em z = 10,7
  • SPT0615-JD — galáxia anã situada observada por meio de lentes gravitacionais em 2018, redshift estimado em z= 9,9.

Fonte: Starts With a Bang, LCO, Sky and Telescope, UCL, ESA

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