Telescópio capta sinal com 8 mil milhões de anos: grito de rádio gigante do espaço

Olhar para o céu é, muitas vezes, ouvir ecos de um passado remoto. Na África do Sul, um radiotelescópio conseguiu captar um sinal de rádio emitido há cerca de 8 mil milhões de anos - quando o Universo era muito mais jovem do que hoje.

A origem está em duas galáxias em colisão. Pelo caminho, uma “lupa” cósmica amplificou o sinal e tornou-o detetável, quebrando recordes na sua categoria. Por trás do achado não esteve apenas sorte: a observação também aponta para uma nova abordagem que poderá permitir aos investigadores encontrar milhares de “lasers do espaço” semelhantes.

Wie ein kosmischer Zufall ein Rekordsignal möglich machte

No centro desta história está um objeto distante com um nome pouco poético: HATLAS J142935.3-002836. Esta galáxia existia numa época em que o Universo tinha apenas cerca de 5 mil milhões de anos - menos de metade da idade atual. Foi daí que partiu um sinal de rádio fortemente concentrado.

Esse sinal atravessou mais de 8 mil milhões de anos-luz, ou seja, mais de metade da extensão observável do Universo, até chegar às antenas do radiotelescópio sul-africano MeerKAT. Em condições normais, uma emissão destas, a tal distância, estaria demasiado “espalhada” e fraca para ser detetada.

Nur ein extrem günstiges Zusammenspiel von drei Himmelsobjekten machte die Beobachtung überhaupt möglich.

Entre a galáxia distante e a Terra, encontra-se uma segunda galáxia muito massiva - quase exatamente alinhada na linha de visão. A sua gravidade curva o espaço à volta e, com isso, também desvia o caminho das ondas de rádio. Este efeito chama-se lente gravitacional.

O resultado é semelhante ao de uma lupa: a galáxia intermediária amplifica o sinal que chega, concentra-o e fá-lo parecer muito mais brilhante do que seria expectável a essa distância. Sem este alinhamento a três - fonte, “lupa” e Terra quase na mesma linha - o sinal teria passado completamente despercebido.

Uma equipa liderada pelo astrofísico Marcin Glowacki, da Universidade de Pretória, identificou esta configuração rara em dados do MeerKAT Absorption Line Survey. Os resultados preliminares, disponibilizados no servidor de preprints Arxiv, descrevem um “experimento” cósmico improvável que abre uma janela para regiões que, de outra forma, estariam para lá dos limites de medição.

MeerKAT: Riesige Radioohren in der Karoo-Wüste

A descoberta foi feita com o radiotelescópio MeerKAT, na África do Sul. A infraestrutura reúne 64 antenas parabólicas, distribuídas pela paisagem árida do Karoo. Em conjunto, funcionam como um telescópio virtual gigantesco, com uma capacidade muito fina para “ouvir” ondas de rádio.

O MeerKAT observa grandes áreas do céu do hemisfério sul de forma quase contínua. Há um foco especial em zonas onde podem surgir lentes gravitacionais - por exemplo, regiões ricas em galáxias muito massivas ou em enxames de galáxias. É precisamente nestes locais que os cientistas esperam encontrar sinais reforçados como o que agora foi registado.

• Standort: Karoo-Wüste in Südafrika
• Anzahl der Antennen: 64 Einzelschüsseln
• Erstbetrieb: Ende der 2010er-Jahre
• Stärke: Hohe Empfindlichkeit für sehr schwache Radiowellen
• Rolle: Vorläufer und Baustein des künftigen Square Kilometre Array (SKA)

Em abril de 2025, as antenas registaram um sinal invulgarmente brilhante. A análise indicou a origem: uma região onde duas galáxias colidem de forma violenta. É aí que se gera um fenómeno extremamente energético - um megamaser produzido por moléculas de hidróxido (OH).

Wenn Galaxien kollidieren und einen kosmischen „Laser“ zünden

A fonte física deste sinal recordista parece, à primeira vista, discreta: moléculas de hidróxido, isto é, compostos de um átomo de oxigénio e um de hidrogénio (OH). O que realmente conta é o contexto onde estas moléculas se encontram - no meio de uma colisão galáctica intensa.

Quando duas galáxias chocam, as suas nuvens de gás e poeira misturam-se. Reservatórios gigantescos de gás são comprimidos, formando frentes de choque e ondas de impacto. Neste ambiente extremo, as moléculas de OH entram num estado particularmente excitado.

Com as condições certas, essas moléculas emitem ondas de rádio - não de forma aleatória, mas sim concentrada e amplificada. O mecanismo lembra, de forma aproximada, o princípio de um laser, só que no domínio do rádio. Os especialistas chamam-lhe maser (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Quando o fenómeno é especialmente intenso, fala-se de megamaser.

Im Fall von HATLAS J142935 sprechen Forschende sogar von einem möglichen „Gigamaser“ – eine neue, noch extremere Kategorie.

A luminosidade medida ultrapassa a de todos os megamasers de hidróxido conhecidos até agora. Por isso, a equipa de Glowacki propõe colocar o objeto numa classe própria. O termo “Gigamaser” serviria para sublinhar quão mais energético é este sinal face aos exemplos típicos.

Starburst-Fabrik: Hunderte Sonnen pro Jahr

A explicação para tamanha potência está no ritmo alucinante de formação estelar nas galáxias em colisão. As estimativas apontam para várias centenas de massas solares por ano. Na Via Láctea, esse valor é de apenas 1 a 2 massas solares anuais.

Estas fases extremas de “starburst” fornecem muita radiação e processos de choque que mantêm as moléculas de OH continuamente excitadas. Assim, o efeito de maser permanece ativo e brilha como um farol cósmico através do espaço.

Was Forschende aus dem Radiosignal lernen

As ondas de rádio deste gigamaser transportam muita informação. Indicam onde se encontra gás molecular denso na galáxia em colisão, a velocidade a que se move e o grau de concentração. Para os astrofísicos, isto funciona como uma ferramenta para mapear as regiões internas de galáxias muito distantes.

Particularmente relevante é a ligação entre sinais de maser e a história de evolução das galáxias. As colisões galácticas têm um papel central na forma como grandes galáxias se constroem e transformam ao longo de milhares de milhões de anos. Cada novo maser identificado ajuda a completar o puzzle: com que frequência ocorrem estas fusões e quão violentas são.

E como os telescópios óticos rapidamente ficam limitados por nuvens de poeira, os radiotelescópios têm uma vantagem clara: as ondas de rádio atravessam a poeira com relativa facilidade. Isso permite observar zonas que, na luz visível, ficam totalmente escondidas.

MeerKAT als Vorbote: Jetzt beginnt die Jagd auf tausende versteckte Maser

A descoberta atual é considerada o primeiro hidróxido-gigamaser tornado visível com a ajuda de uma lente gravitacional. Esta combinação - um maser muito forte, mas demasiado distante, reforçado por uma “lupa” cósmica - passa agora a ser vista como modelo para novas deteções.

Os astrofísicos partem do princípio de que o Universo está repleto de fontes semelhantes, simplesmente fracas demais para se destacarem sem amplificação. Quando entra em cena uma lente gravitacional, estes objetos invisíveis ficam ao alcance dos radiotelescópios modernos.

Aqui, o MeerKAT serve como banco de testes para um projeto ainda maior: o Square Kilometre Array (SKA). Nos próximos anos, deverão ser instaladas milhares de antenas na África do Sul e na Austrália, com uma área coletora total equivalente a cerca de 1 quilómetro quadrado. Com isso, a sensibilidade a sinais fracos de rádio aumenta em cerca de um fator 10.

Mit dem SKA wollen Forscher ein nahezu lückenloses Register ferner Maser anlegen – vom nahen Kosmos bis zu den frühesten Epochen der Galaxienentstehung.

No futuro, as observações deverão concentrar-se de forma mais dirigida em regiões do céu com enxames de galáxias muito massivos, porque é aí que tendem a formar-se lentes gravitacionais mais fortes. Assim, a própria natureza pode ser usada como um “campo de amplificação”, distribuído por todo o cosmos.

Was hinter Begriffen wie Gravitationslinse und Maser steckt

Muitos destes termos parecem abstratos, mas podem ser explicados de forma bastante visual. Uma lente gravitacional pode ser comparada a um bloco de vidro que distorce uma lâmpada por trás e aumenta o brilho em certos pontos. Em vez de vidro, aqui é a gravidade de uma galáxia (ou de um enxame) que provoca a distorção.

Um maser, no essencial, funciona de modo semelhante a um apontador laser em cima da secretária: partículas são excitadas e libertam energia de uma só vez, como radiação concentrada. A diferença está no comprimento de onda (micro-ondas, em vez de luz visível) e na escala - em vez de milímetros, entram em jogo nuvens com dimensões de anos-luz.

Welche Chancen und Grenzen diese Technik hat

A combinação de lentes gravitacionais, sinais de maser e radiotelescópios altamente sensíveis abre novas formas de explorar a infância do Universo. Os investigadores conseguem obter dados sobre:

• Verteilung von kaltem, molekularem Gas in weit entfernten Galaxien
• Geschwindigkeit und Dynamik bei Galaxienkollisionen
• Raten der Sternentstehung über kosmische Zeiträume
• Einfluss von Verschmelzungen auf das Wachstum von Galaxienkernen

Ao mesmo tempo, existem desafios: lentes gravitacionais só aparecem em certas regiões do céu e o seu efeito depende muito da estrutura exata da galáxia que faz de “lente”. Por isso, os dados têm de ser reconstruídos com modelos complexos, para recuperar a luminosidade e a estrutura originais da fonte.

Ainda assim, o registo deste gigamaser com 8 mil milhões de anos mostra o potencial do método. O que hoje parece um golpe de sorte isolado pode, em poucos anos, tornar-se rotina para grandes radiotelescópios - mudando de forma profunda a maneira como observamos o passado distante do Universo.