MeerKAT capta sinal de 8 mil milhões de anos de HATLAS J142935.3-002836 amplificado por uma lente gravitacional

Um radiotelescópio na África do Sul registou um sinal invulgarmente intenso que viajou durante mais de 8 mil milhões de anos. Por trás deste “grito” vindo da infância do Universo está o impacto colossal entre duas galáxias - e, sobretudo, um feliz alinhamento cósmico que amplificou o fenómeno ao ponto de o tornar detectável.

Um sinal de rádio atravessa mais de metade do Universo observável

No centro destas observações está um alvo com um nome pouco poético: HATLAS J142935.3-002836. A designação corresponde, na realidade, a um par de galáxias que colidiu há cerca de oito mil milhões de anos. Nessa altura, o Universo teria aproximadamente cinco mil milhões de anos - já não no início absoluto, mas ainda muito distante do aspecto actual.

As ondas de rádio percorreram mais de metade do caminho através do cosmos observável até serem captadas, em Abril de 2025, pelas antenas do radiotelescópio MeerKAT, instalado na região desértica do Karoo, na África do Sul. Em circunstâncias normais, um sinal tão remoto teria chegado demasiado fraco para ser medido a partir da Terra.

"Só uma combinação extraordinária de três corpos celestes tornou este sinal recorde mensurável."

A explicação inclui uma terceira galáxia situada entre a fonte e nós. A sua massa deforma o espaço à sua volta - um efeito previsto pela Teoria da Relatividade Geral. Essa curvatura funciona como uma enorme lupa natural, conhecida como lente gravitacional.

Lente gravitacional: a natureza monta um telescópio no espaço

A galáxia intermédia está posicionada com tal precisão na linha de visada que concentra e reforça as ondas de rádio provenientes do par em colisão. Os astrónomos referem-se a isto como um “efeito de lente”:

• A massa da galáxia em primeiro plano distorce o espaço.
• As ondas de rádio são desviadas ao longo do trajecto.
• O sinal parece mais brilhante e mais intenso do que seria sem essa lente.

Este mecanismo pode multiplicar o brilho por um grande factor. Sem a amplificação, o brilho em rádio de HATLAS J142935 teria permanecido, na prática, invisível a partir da Terra. Uma equipa liderada pelo astrónomo Marcin Glowacki, da Universidade de Pretória, reconheceu esta rara configuração a três corpos ao analisar dados de uma grande campanha de observação do MeerKAT.

Os investigadores trabalharam com medições do MeerKAT Absorption Line Survey e encontraram ali um sinal que saltou imediatamente à vista: extremamente luminoso, a uma distância extraordinária e associado de forma inequívoca a um processo físico específico.

Quando galáxias colidem: nasce um “laser” do espaço

O elemento-chave da descoberta é um hidroxilo-megamaser. Apesar do nome técnico, o fenómeno é simples de enquadrar: trata-se de uma espécie de laser cósmico que, em vez de emitir luz visível, emite ondas de rádio.

Na zona onde as galáxias se interpenetram acumulam-se quantidades enormes de gás e poeira. Quando duas galáxias colidem, as nuvens de gás são comprimidas violentamente. Como resultado, a temperatura, a densidade e o campo de radiação disparam, e a formação de estrelas acelera de forma marcada.

Num ambiente tão turbulento, moléculas de hidroxilo (OH, uma combinação de oxigénio e hidrogénio) podem ficar num estado excitado. Se as condições forem as adequadas, muitas dessas moléculas começam a emitir ondas de rádio idênticas - com a mesma frequência e na mesma direcção. É assim que se forma um maser, o equivalente em rádio de um laser.

"Este hidroxilo-megamaser é tão brilhante que os investigadores querem colocá-lo numa nova classe: o primeiro “gigamaser” confirmado."

Glowacki e a sua equipa defendem que a intensidade medida ultrapassa claramente a de todos os hidroxilo-megamasers conhecidos até hoje. Por isso, propõem a designação gigamaser - uma categoria ainda mais energética de “laser” de rádio no Universo.

Fábrica de estrelas em modo extremo

A colisão entre as galáxias envolvidas está a impulsionar a formação estelar de forma massiva. As estimativas indicam que ali surgem, por ano, várias centenas de massas solares em novas estrelas. Para comparação, a Via Láctea produz, grosso modo, cerca de uma a duas massas solares por ano.

Este “baby boom” estelar extremo é uma pista central para os investigadores. Sugere que sinais de maser tão potentes tendem a ocorrer em fusões de galáxias muito activas e ricas em gás: quanto mais gás existir, mais moléculas excitadas há - e mais forte pode ser o maser.

Propriedade	Hidroxilo-megamaser	Gigamaser (como HATLAS J142935)
Distância típica	Centenas de milhões de anos-luz	Vários milhares de milhões de anos-luz
Luminosidade	Muito elevada	Ainda significativamente mais elevada
Ambiente	Galáxias em colisão	Fusão gigantesca, extremamente rica em gás

MeerKAT como precursor de um radiotelescópio gigantesco

O próprio MeerKAT é composto por 64 antenas parabólicas, distribuídas por uma vasta área do deserto do Karoo. Em conjunto, funcionam como um radiotelescópio virtual de grandes dimensões, com elevada sensibilidade a ondas de rádio. O sistema varre áreas extensas do céu austral e procura, de forma direccionada, zonas onde seja provável encontrar lentes gravitacionais.

O MeerKAT tem também um papel adicional: serve de antecessor técnico e científico do Square Kilometre Array (SKA). Este projecto internacional, nos próximos anos, deverá integrar milhares de antenas na África do Sul e na Austrália. A expectativa é que o SKA aumente a sensibilidade no domínio do rádio em cerca de um factor dez.

"A assinatura de gigamaser agora medida é vista como um sinal do caminho - mostra o que em breve será possível em grande escala."

Os cientistas antecipam que o SKA poderá revelar milhares de fontes de maser até agora escondidas. As regiões mais promissoras são aquelas onde existem grandes enxames de galáxias: a sua gravidade combinada produz múltiplos efeitos de lente e amplifica objectos de fundo em sequência.

Caça a “lasers” escondidos no Universo

Com isso, a estratégia de observação para os próximos anos torna-se clara: os futuros levantamentos (surveys) serão orientados de forma preferencial para áreas do céu que contenham enxames muito massivos. Nesses locais, os enxames funcionam como amplificadores naturais distribuídos, elevando sinais fracos vindos das profundezas do espaço.

O objectivo é construir um catálogo tão completo quanto possível de fontes de maser distantes. Esses dados permitirão atacar questões como:

• Com que frequência as galáxias se fundem ao longo da história cósmica?
• Até que ponto essas colisões aceleram a formação de estrelas?
• Como se distribui o gás molecular nas galáxias antigas?

Daqui a alguns anos, espera-se que surjam conjuntos de dados combinados do MeerKAT e do SKA. Isso deverá fornecer uma imagem muito mais nítida do Universo distante emissor de rádio do que a actualmente disponível. Os telescópios ópticos, neste contexto, atingem rapidamente limites, porque a poeira e as distâncias enormes absorvem muita luz - já as ondas de rádio atravessam esses obstáculos com maior eficácia.

O que significam termos como megamaser e lente gravitacional

Para muitos leitores, palavras como “megamaser” ou “lente gravitacional” podem soar a ficção científica. No entanto, tratam-se de conceitos bem estabelecidos na física.

Um maser (do inglês: Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation) é, do ponto de vista técnico, um dispositivo que amplifica micro-ondas, de modo semelhante a como um laser amplifica luz. No espaço, o mesmo princípio pode surgir naturalmente: quando um número enorme de moléculas ocupa o mesmo estado de energia excitado, elas conseguem emitir, em simultâneo, ondas de rádio idênticas. Um megamaser é simplesmente uma versão cósmica particularmente potente desse efeito.

As lentes gravitacionais assentam na ideia de Einstein de que a massa curva o espaço. Raios de luz - ou ondas de rádio - seguem essa curvatura como carros numa estrada em curva. Quando uma galáxia muito massiva fica exactamente entre nós e um objecto no fundo, a sua radiação pode ser vista de forma concentrada e reforçada, por vezes até desenhando arcos ou anéis no céu.

A conjugação destes dois efeitos torna a descoberta actual especialmente marcante: um maser natural é intensificado por uma lupa natural e detectado por um radiotelescópio moderno. No fim, um sinal com 8 mil milhões de anos transforma-se numa linha discreta num ficheiro de dados - e, ainda assim, conta uma história de destruição galáctica, nascimento de estrelas e da sofisticação dos instrumentos de medição humanos.