Telescópio sul-africano capta sinal de rádio recorde do universo jovem.

Um radiotelescópio na África do Sul captou um sinal emitido há oito bilhões de anos, quando o Universo ainda tinha menos da metade da idade que tem hoje. Por trás disso está a colisão colossal de duas galáxias - reforçada por uma rara “manobra de sorte” cósmica, que direciona o feixe até nós como se fosse uma lente natural.

Um sinal de rádio viaja por mais de oito bilhões de anos até a África

No centro da medição está o objeto identificado de forma discreta como HATLAS J142935.3-002836. Por trás desse número de catálogo há um par de galáxias em colisão, localizado a uma distância imensa: cerca de oito bilhões de anos-luz as separam da Terra. Em outras palavras, as ondas de rádio que agora foram recebidas partiram quando o Universo tinha aproximadamente cinco bilhões de anos.

Em condições normais, sinais assim se enfraquecem tanto no caminho que até radiotelescópios de grande porte deixam de distingui-los do ruído de fundo. Neste caso, porém, algo incomum aconteceu ao longo da trajetória.

Entre a fonte e a Terra, por coincidência, havia outra galáxia, cuja gravidade deformou o espaço e ampliou 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 várias vezes. Só graças a essa combinação entre fonte, lente e Terra o feixe pôde ser detectado pelo instrumento sul-africano.

MeerKAT: o olhar de rádio para o Universo profundo

O sinal foi recebido pelo conjunto de radiotelescópios MeerKAT, no deserto do Karoo, na África do Sul. O sistema é formado por 64 antenas, que trabalham juntas como se fossem um único telescópio gigantesco. O MeerKAT mapeia grande parte do céu do hemisfério sul na faixa de rádio e procura especificamente sinais fracos vindos de galáxias distantes.

A equipe do astrofísico Marcin Glowacki, da Universidade de Pretória, analisou dados do levantamento MeerKAT de linhas de absorção. Nesse programa, os pesquisadores vasculham as observações em busca de assinaturas de rádio características de gás e moléculas no espaço. Foi nesses conjuntos de dados que o grupo encontrou um sinal claramente acima do fundo habitual.

A análise mostrou que o feixe vem de um chamado megamaser de hidroxila, aqui ainda mais intenso do que qualquer representante desse tipo já observado. Por isso, os pesquisadores propõem o uso do termo “gigamaser” - uma espécie de superversão desse tipo de laser cósmico.

Quando galáxias colidem e lasers espaciais são acionados

A origem física do sinal está em moléculas de hidroxila (OH) situadas em uma gigantesca zona de colisão entre duas galáxias. Quando dois sistemas com bilhões de estrelas se chocam, enormes nuvens de gás e poeira são submetidas a uma pressão extrema.

Esse adensamento desencadeia vários processos ao mesmo tempo:

• nuvens de gás são comprimidas e aquecidas;
• moléculas como a hidroxila entram em um estado de energia excitada;
• novas estrelas passam a surgir em 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: as estimativas indicam que ali se formam, por ano, estrelas com uma massa total de várias centenas de sóis. Esse modo de funcionamento em “fogo de artifício” contínuo mantém as moléculas de hidroxila em um estado no qual elas preferem emitir energia em um comprimento de onda de rádio muito específico.

O resultado é um maser cósmico - um parente do laser que emite ondas de rádio, e não luz no intervalo visível.

Esses megamasers funcionam como faróis naturais no Universo. Sua emissão direcionada e amplificada se destaca mesmo a distâncias enormes. O gigamaser agora observado supera os exemplos conhecidos até aqui em brilho e, com isso, oferece pistas sobre processos particularmente violentos na região central das galáxias em fusão.

O que as ondas de rádio revelam sobre galáxias distantes

Para a pesquisa, os megamasers são muito mais do que curiosidades. Seus sinais permitem mapear a distribuição de gás molecular em galáxias remotas. A partir disso, é possível inferir a intensidade da formação de novas estrelas e compreender como as galáxias se transformam durante colisões.

A cada nova fonte encontrada, torna-se mais fácil estimar com que frequência essas fusões gigantescas ocorriam no Universo jovem. A ciência espera, com isso, entender como as grandes galáxias atuais - inclusive a nossa Via Láctea - cresceram até assumir a forma que têm hoje.

MeerKAT como prenúncio do megaprojeto SKA

A medição atual é considerada o primeiro gigamaser de hidroxila comprovadamente detectado com o auxílio de uma lente gravitacional. Isso confirma uma estratégia observacional na qual muitas equipes apostam há anos: quando lente, fonte e Terra se alinham de modo favorável por acaso, o número de sinais detectáveis aumenta várias vezes.

Exatamente essa ideia deverá ser ampliada de forma significativa 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 atual na faixa de rádio.

Instrumento	Localização	Característica
MeerKAT	África do Sul, deserto do Karoo	64 antenas, alta sensibilidade no 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 para 2028, as equipes esperam localizar milhares de megamasers até então ocultos. Regiões com aglomerados de galáxias massivas são especialmente interessantes, porque ali muitas lentes gravitacionais atuam ao mesmo tempo. Essas áreas do céu deverão ser acompanhadas de forma regular e direcionada.

Um novo mapa do Universo de rádio

A análise combinada dos dados do MeerKAT e do SKA deve produzir um mapa de rádio do cosmos distante sem precedentes. A partir dele, será possível acompanhar tendências de formação estelar ao longo de bilhões de anos - inclusive em distâncias nas quais os telescópios ópticos já encontram seus limites.

Gigamasers como o recém-encontrado servem como pontos de referência. Eles assinalam locais do espaço em que predominam condições também importantes para o desenvolvimento de buracos negros supermassivos e aglomerados estelares densos. Estudos sistemáticos dessas fontes permitem testar modelos de crescimento dos núcleos galácticos.

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

Muitos desses termos soam como ficção científica, mas descrevem fenômenos físicos muito concretos. Um maser é, em essência, 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 sua energia na mesma direção e no mesmo comprimento de onda.

A lente gravitacional funciona de maneira completamente diferente: ela se baseia na teoria da relatividade geral. A massa deforma o espaço, e a luz - ou as ondas de rádio - segue essa curvatura. Quando fonte distante, lente e observador ficam quase exatamente alinhados, um sinal fraco pode gerar várias imagens fortemente ampliadas.

O ano-luz, por sua vez, não é uma medida de tempo no sentido literal, e sim de distância: a distância percorrida pela luz - ou pelas ondas de rádio - em um ano no vácuo, algo em torno de 9,5 trilhões de quilômetros. Com uma distância de oito bilhões de anos-luz, o sinal atual mostra até que ponto os radiotelescópios conseguem enxergar hoje o passado do cosmos.

À primeira vista, descobertas assim parecem abstratas, mas elas têm valor muito prático para a astronomia. Quanto melhor os pesquisadores compreendem processos como colisões de galáxias, fluxos de gás e emissão de masers, mais confiáveis se tornam as simulações do passado e do futuro cósmicos. Dessa forma, surgem modelos que também ajudam no planejamento de novas missões, na concepção de telescópios e na busca por fenômenos raros.