MeerKAT detecta sinal de 8 bilhões de anos de gigamaser de hidroxila ampliado por lente gravitacional

Um sinal de rádio viaja por mais de 8 bilhões de anos até chegar à África

O que o MeerKAT captou no interior da África do Sul é, na prática, uma mensagem enviada há cerca de 8 bilhões de anos - de uma época em que o Universo ainda estava longe de ter a idade atual. A origem é dramática: a colisão de duas galáxias extremamente distantes, com um “empurrão” extra de um alinhamento raro que fez o sinal chegar até nós como se estivesse passando por uma lupa natural.

No centro dessa detecção está um objeto de nome pouco convidativo: HATLAS J142935.3-002836. Por trás do código, há um par de galáxias em processo de choque, a aproximadamente 8 bilhões de anos-luz da Terra. Isso quer dizer que as ondas de rádio que recebemos hoje partiram quando o Universo tinha por volta de 5 bilhões de anos.

Em condições normais, sinais assim se espalham e enfraquecem tanto no caminho que acabam se perdendo no ruído de fundo, mesmo para radiotelescópios enormes. Aqui, porém, algo incomum aconteceu ao longo da linha de visão.

Entre a fonte e a Terra, por acaso, havia outra galáxia, cuja gravidade distorce o espaço e amplifica o sinal de rádio distante como uma lente óptica.

Essa chamada lente gravitacional funciona como uma lupa gigantesca no espaço. A massa da galáxia intermediária curva o espaço e concentra as ondas de rádio vindas da colisão distante. Com isso, a intensidade medida aumenta por vários fatores. Só essa combinação entre fonte, lente e Terra tornou o feixe detectável pelo instrumento sul-africano.

MeerKAT como janela de rádio para o Universo profundo

Quem recebeu o sinal foi o conjunto de radiotelescópios MeerKAT, no deserto do Karoo, na África do Sul. O sistema reúne 64 antenas parabólicas que operam em conjunto como se fossem um único telescópio enorme. O MeerKAT varre uma grande parte do céu do hemisfério sul em rádio e procura justamente sinais fracos vindos de galáxias muito distantes.

A equipe liderada pelo astrofísico Marcin Glowacki, da Universidade de Pretória, analisou dados do MeerKAT Absorption Line Survey. Nesse programa, pesquisadores vasculham as observações em busca de assinaturas de rádio típicas de gases e moléculas no espaço. Foi nesse conjunto de dados que o grupo encontrou um sinal que se destacava claramente do padrão de fundo.

A análise mostrou que o feixe vem de um chamado megamaser de hidroxila - e, neste caso, com uma potência ainda maior do que qualquer outro já observado desse tipo. Por isso, os cientistas propõem classificá-lo como um “gigamaser”, uma espécie de versão superlativa desse tipo de “laser” cósmico.

Quando galáxias colidem e lasers espaciais disparam

A fonte física do sinal são moléculas de hidroxila (OH) presentes em uma enorme zona de colisão entre duas galáxias. Quando dois sistemas com bilhões de estrelas se chocam, imensas nuvens de gás e poeira entram em um regime de pressão extremo.

Essa compressão desencadeia vários processos ao mesmo tempo:

• Nuvens de gás são comprimidas e aquecidas.
  
• Moléculas como a hidroxila entram em um estado de energia excitado.
  
• Novas estrelas surgem a uma taxa excepcionalmente alta.
  
• Ondas de choque e radiação aquecem ainda mais o ambiente.
  

No caso de HATLAS J142935, as condições chegam a um nível extremo: estimativas indicam que ali se formam, por ano, estrelas somando várias centenas de massas solares. Esse “modo fogos de artifício” contínuo mantém as moléculas de hidroxila em um estado no qual elas tendem a emitir energia preferencialmente em um comprimento de onda específico de rádio.

O resultado é um maser cósmico - um parente do laser que não emite luz visível, mas sim ondas de rádio.

Esses megamasers funcionam como faróis naturais do Universo. Sua radiação direcionada e amplificada pode se destacar mesmo a grandes distâncias. O gigamaser observado agora supera os exemplos conhecidos em brilho e, com isso, oferece pistas sobre processos especialmente violentos nas regiões centrais das galáxias em fusão.

O que as ondas de rádio revelam sobre galáxias distantes

Para a ciência, megamasers são muito mais do que uma curiosidade. Seus sinais permitem mapear a distribuição de gás molecular em galáxias distantes. A partir disso, dá para inferir a intensidade da formação estelar e como as galáxias se transformam durante colisões.

A cada nova fonte identificada, fica mais fácil estimar com que frequência essas fusões gigantes ocorreram no Universo jovem. A expectativa é usar isso para entender como grandes galáxias atuais - incluindo a Via Láctea - chegaram à forma que têm hoje.

MeerKAT como precursor do mega-projeto SKA

A medição atual é considerada o primeiro hidroxil-gigamaser confirmado que ficou visível com a ajuda de uma lente gravitacional. Isso reforça uma estratégia de observação na qual muitos grupos apostam há anos: quando lente, fonte e Terra se alinham de maneira favorável, a quantidade de sinais detectáveis cresce de forma significativa.

É exatamente essa ideia que os pesquisadores pretendem ampliar fortemente nos próximos anos. O MeerKAT funciona como campo de testes para o grande projeto internacional Square Kilometre Array (SKA). Essa rede de milhares de antenas na África do Sul e na Austrália deve elevar ainda mais a sensibilidade em rádio.

Instrumento	Local	Destaque
MeerKAT	África do Sul, deserto do Karoo	64 antenas, alta sensibilidade no céu do hemisfério sul
SKA (Fase 1)	África do Sul & Austrália	Milhares de antenas, cerca de dez vezes mais sensível que o MeerKAT

Com o início das primeiras fases do SKA, previsto atualmente para 2028, as equipes esperam encontrar milhares de megamasers que hoje permanecem ocultos. Regiões com aglomerados de galáxias muito massivos são especialmente interessantes, porque ali muitas lentes gravitacionais podem atuar ao mesmo tempo. Essas áreas do céu devem ser monitoradas de forma direcionada e recorrente.

Um novo mapa do universo em rádio

A análise combinada de dados do MeerKAT e do SKA deve gerar um mapa do cosmos em rádio com um nível de detalhe sem precedentes. Isso permitirá acompanhar tendências de formação estelar ao longo de bilhões de anos - justamente em distâncias onde telescópios ópticos chegam ao limite.

Gigamasers como o recém-detectado entram como pontos de referência. Eles marcam locais onde existem condições importantes também para a evolução de buracos negros supermassivos e de aglomerados estelares densos. Com estudos sistemáticos dessas fontes, será possível testar modelos de crescimento dos núcleos galácticos.

O que significam termos como maser, lente gravitacional e ano-luz

Muitos desses termos parecem saídos de ficção científica, mas descrevem fenômenos físicos bem concretos. Um maser é, essencialmente, um laser que emite ondas de rádio em vez de luz visível. A amplificação ocorre quando muitas moléculas idênticas, no mesmo estado excitado, “disparam” ao mesmo tempo e liberam energia na mesma direção e no mesmo comprimento de onda.

A lente gravitacional, por sua vez, é um efeito completamente diferente e vem da relatividade geral. A massa deforma o espaço, e a luz - assim como as ondas de rádio - segue essa curvatura. Quando fonte distante, lente e observador ficam quase exatamente alinhados, um sinal fraco pode se transformar em múltiplas imagens bem mais intensas.

Já o ano-luz não é uma unidade de tempo no sentido literal, e sim de distância: o caminho que a luz - ou ondas de rádio - percorre em um ano no vácuo, cerca de 9,5 trilhões de quilômetros. Com uma distância de 8 bilhões de anos-luz, o sinal atual mostra o quanto os radiotelescópios conseguem “olhar” para o passado do cosmos.

Descobertas assim podem parecer abstratas de início, mas têm um valor bem prático para a astronomia. Quanto melhor os cientistas compreendem colisões de galáxias, fluxos de gás e emissões de maser, mais confiáveis ficam as simulações do passado e do futuro cósmico. Isso alimenta modelos que ajudam também no planejamento de novas missões, no desenho de telescópios e na busca por fenômenos raros.