Às vezes, o Universo faz o trabalho difícil por nós: alinha uma fonte distante, um “amplificador” natural e a Terra quase na perfeição. Foi assim que, na África do Sul, um radiotelescópio conseguiu detetar um sinal de rádio emitido há cerca de oito mil milhões de anos - vindo de um par de galáxias em colisão e reforçado pelo caminho por uma espécie de lente cósmica.
O resultado não é apenas um recorde na sua categoria. Também aponta para uma nova abordagem que pode permitir, no futuro, encontrar milhares de “lasers de rádio” semelhantes espalhados pelo cosmos - fenómenos normalmente invisíveis a estas distâncias, mas que se tornam detetáveis quando a gravidade entra em jogo como lupa.
Wie ein kosmischer Zufall ein Rekordsignal möglich machte
No centro da história está um objeto longínquo com um nome pouco romântico: HATLAS J142935.3-002836. Esta galáxia existia numa época em que o Universo tinha apenas cerca de cinco mil milhões de anos - menos de metade da idade atual. Foi dali que partiu um sinal de rádio fortemente concentrado.
Esse sinal percorreu mais de oito mil milhões de anos-luz - mais de metade da extensão observável do Universo - até chegar às antenas do radiotelescópio sul-africano MeerKAT. Em condições normais, uma radiação deste tipo, a tamanha distância, ficaria demasiado esbatida e fraca para ser registada.
Só uma combinação extremamente favorável de três objetos celestes tornou a observação possível.
Entre a galáxia remota e a Terra encontra-se uma segunda galáxia, muito massiva, quase exatamente na linha de visão. A sua gravidade deforma o espaço ao redor - e, com isso, curva também o caminho das ondas de rádio. A este efeito chama-se lente gravitacional.
O impacto lembra o de uma lupa: a galáxia intermédia reforça o sinal que chega, concentra-o e torna-o mais brilhante do que seria de esperar a partir de tão longe. Sem este alinhamento a três - fonte, “lente” 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, disponíveis no servidor de preprints Arxiv, descrevem um “experimento” natural que abre uma janela para regiões que normalmente ficam 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 instalação é composta por 64 antenas parabólicas, espaçadas pela paisagem seca do deserto do Karoo. Em conjunto, funcionam como um enorme telescópio virtual, com uma capacidade muito fina para “ouvir” ondas de rádio.
O MeerKAT varre grandes áreas do céu do hemisfério sul quase continuamente. Um alvo preferencial são regiões onde podem surgir lentes gravitacionais - por exemplo, zonas com muitas galáxias massivas ou aglomerados de galáxias. É precisamente aí que os investigadores esperam encontrar sinais amplificados como este.
- 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 mostrou: a origem está numa região onde duas galáxias colidem de forma violenta. É aí que surge um fenómeno extremamente energético - um megamaser de moléculas de hidróxido.
Wenn Galaxien kollidieren und einen kosmischen „Laser“ zünden
A fonte física do sinal recordista parece, à primeira vista, modesta: moléculas de hidróxido, ou seja, compostos de um átomo de oxigénio e um de hidrogénio (OH). O ponto decisivo é o local onde estas moléculas se encontram: no meio de uma colisão galáctica intensa.
Quando duas galáxias embatem, as suas nuvens de gás e poeira misturam-se. Enormes reservas de gás são comprimidas, formam-se frentes de choque e ondas de impacto. Nesse ambiente extremo, as moléculas de OH entram num estado particularmente excitado.
Com as condições certas, essas moléculas emitem então ondas de rádio - não de forma aleatória, mas concentrada e amplificada. O mecanismo lembra, de forma aproximada, o princípio de um laser, só que na faixa do rádio. Os especialistas chamam-lhe maser (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Quando o efeito é especialmente forte, o nome passa a megamaser.
No caso de HATLAS J142935, os investigadores falam até de um possível “gigamaser” - uma categoria nova e ainda mais extrema.
A luminosidade medida ultrapassa a de todos os megamasers de hidróxido conhecidos até agora. Por isso, a equipa de Glowacki propõe enquadrar o objeto numa classe própria. O termo “gigamaser” serve para sublinhar o quão mais energético é este sinal quando comparado com os exemplos habituais.
Starburst-Fabrik: Hunderte Sonnen pro Jahr
A razão para uma intensidade tão elevada: as galáxias em colisão estão a formar novas estrelas a um ritmo impressionante. As estimativas apontam para várias centenas de massas solares por ano. Na Via Láctea, esse valor ronda apenas uma a duas massas solares anuais.
Fases “starburst” tão extremas geram muita radiação e processos de choque que mantêm as moléculas de OH constantemente excitadas. Assim, o efeito maser continua 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 existe gás molecular denso na galáxia em colisão, a que velocidades se move e quão concentrado está. Para os astrofísicos, isto funciona como uma ferramenta para mapear as regiões internas de galáxias muito distantes.
Particularmente interessante é ligar sinais de maser à 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. A cada novo maser detetado, completa-se um pouco mais o puzzle sobre a frequência destas fusões e a sua violência.
Como os telescópios ópticos esbarram depressa em nuvens de poeira, os radiotelescópios têm uma vantagem clara: as ondas de rádio atravessam a poeira relativamente bem. Isso permite observar regiões que, em luz visível, ficam totalmente escondidas.
MeerKAT als Vorbote: Jetzt beginnt die Jagd auf tausende versteckte Maser
A descoberta atual é vista como o primeiro hidróxido-gigamaser tornado visível graças a uma lente gravitacional. Esta combinação - um maser muito forte mas demasiado distante, reforçado por uma “lupa” cósmica - passa agora a ser um modelo para futuras deteções.
Os astrofísicos suspeitam que o Universo esteja cheio de fontes de maser semelhantes, simplesmente fracas demais para se destacarem sem amplificação. Quando uma lente gravitacional entra em cena, estes objetos invisíveis passam para o alcance dos radiotelescópios modernos.
Aqui, o MeerKAT funciona como um laboratório de teste para um projeto ainda maior: o Square Kilometre Array (SKA). Nos próximos anos, deverão ser instaladas na África do Sul e na Austrália milhares de antenas, cuja área de recolha combinada rondará um quilómetro quadrado. Com isso, a sensibilidade a ondas de rádio muito fracas aumenta cerca de dez vezes.
Com o SKA, os investigadores querem criar um registo quase completo de masers distantes - do cosmos próximo até às primeiras épocas de formação de galáxias.
No futuro, as observações irão concentrar-se de forma mais dirigida em regiões do céu com aglomerados de galáxias massivas, onde as lentes gravitacionais tendem a ser particularmente fortes. Desta forma, a própria natureza pode ser usada como um campo de amplificação, espalhado por todo o cosmos.
Was hinter Begriffen wie Gravitationslinse und Maser steckt
Muitos termos técnicos parecem abstratos à primeira leitura, mas podem ser entendidos de modo bastante visual. Uma lente gravitacional pode comparar-se a um bloco de vidro que distorce uma lâmpada ao fundo e aumenta a luminosidade em certos pontos. Em vez de vidro, aqui é a gravidade de uma galáxia ou de um aglomerado que provoca a distorção.
Um maser funciona, no essencial, de forma 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 - não são milímetros, mas sim nuvens do tamanho de anos-luz.
Welche Chancen und Grenzen diese Technik hat
A combinação de lentes gravitacionais, sinais de maser e radiotelescópios de alta sensibilidade abre novas possibilidades para estudar a fase inicial do Universo. Os investigadores obtêm 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, há limitações: as 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 “desfeitos” com modelos complexos, para reconstruir o brilho e a estrutura originais da fonte.
Ainda assim, a deteção deste gigamaser com oito mil milhões de anos mostra o potencial da abordagem. O que hoje parece um golpe de sorte isolado pode, dentro de poucos anos, tornar-se rotina para grandes radiotelescópios - e mudar de forma profunda a nossa visão do passado distante do Universo.
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