No universo primitivo, telescópio sul-africano capta gigantesco sinal de rádio

Um sinal de rádio viaja por mais de metade do Universo observável

Uma deteção rara feita na África do Sul apanhou um sinal de rádio tão intenso que percorreu mais de oito mil milhões de anos antes de chegar à Terra. No centro deste “grito” vindo do início do cosmos está uma colisão brutal entre duas galáxias - amplificada por uma coincidência cósmica feliz que tornou o sinal visível.

O objeto observado tem a designação discreta HATLAS J142935.3-002836. Por trás desta sequência de números está um par de galáxias que colidiu há cerca de oito mil milhões de anos. Nessa altura, o Universo tinha aproximadamente cinco mil milhões de anos - ainda longe de ser jovem, mas também muito diferente do que vemos hoje.

O sinal fez mais de metade do percurso pelo universo observável antes de atingir, em abril de 2025, as antenas do radiotelescópio MeerKAT, na região semidesértica do Karoo, na África do Sul. Àquela distância, ondas de rádio destas já estariam normalmente demasiado fracas para serem medidas a partir da Terra.

Só uma combinação invulgar de três corpos celestes tornou possível medir este sinal recordista.

Entre a fonte e a Terra existe ainda uma terceira galáxia. A sua massa curva o espaço à sua volta - um efeito descrito pela Teoria da Relatividade Geral. Essa curvatura funciona como uma enorme lupa cósmica, uma chamada lente gravitacional.

Lente gravitacional: a natureza monta um telescópio no cosmos

A galáxia intermédia está alinhada de tal forma no caminho do sinal que concentra e amplifica as ondas de rádio vindas do par de galáxias em colisão. Os astrónomos falam em “efeito de lente”:

• A massa da galáxia intermédia deforma o espaço.

• As ondas de rádio são desviadas no percurso.

• O sinal parece-nos mais brilhante e intenso do que seria sem a lente.

Este efeito pode multiplicar o brilho por vários fatores. Sem esta amplificação, o sinal de rádio de HATLAS J142935 teria sido simplesmente impossível de detetar a partir da Terra. Uma equipa liderada pelo astrónomo Marcin Glowacki, da Universidade de Pretória, identificou esta rara configuração tripla nos dados de uma grande análise do MeerKAT.

Os investigadores analisaram observações do chamado MeerKAT Absorption Line Survey e encontraram ali um sinal que se destacou de imediato: invulgarmente brilhante, invulgarmente distante e claramente associado a um processo físico muito específico.

Quando galáxias colidem: nasce um “laser” do espaço

No centro da descoberta está um chamado hidroxy megamaser. Por trás deste termo pesado esconde-se um fenómeno fascinante: uma espécie de laser cósmico que emite ondas de rádio em vez de luz.

Na região da galáxia em colisão acumulam-se enormes quantidades de gás e poeira. Quando duas galáxias se chocam, as suas nuvens de gás são comprimidas de forma violenta. O resultado: a temperatura, a densidade e a radiação disparam, e novas estrelas formam-se a um ritmo acelerado.

Neste ambiente caótico, moléculas de hidroxilo (OH, uma combinação de oxigénio e hidrogénio) ficam num estado excitado. Nas condições certas, muitas destas moléculas passam a emitir ondas de rádio idênticas - todas na mesma frequência e na mesma direção. É assim que nasce um maser, o equivalente em rádio de um laser.

Este hidroxy 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 todos os hidroxy megamasers conhecidos até agora. Por isso, propõem a designação de gigamaser - uma categoria ainda mais energética de radiolaser no espaço.

Fábrica de estrelas em modo extremo

A colisão entre as galáxias em causa está a impulsionar a formação estelar de forma massiva. As estimativas apontam para a criação de várias centenas de massas solares em novas estrelas por ano. Em comparação, a nossa Via Láctea produz cerca de uma a duas massas solares por ano.

Este “baby boom” estelar extremo é uma pista importante para os investigadores. Mostra que estes sinais de maser gigantes tendem provavelmente a surgir em fusões de galáxias muito ativas e ricas em gás. Quanto mais gás, mais moléculas excitadas, mais forte o maser.

Propriedade	Hidroxy megamaser	Gigamaser (como HATLAS J142935)
Distância típica	Centenas de milhões de anos-luz	Vários mil milhões de anos-luz
Luminosidade	Muito elevada	Ainda muito mais elevada
Ambiente	Galáxias em colisão	Fusão enorme e extremamente rica em gás

MeerKAT como prenúncio de um radiotelescópio gigantesco

O próprio MeerKAT é composto por 64 pratos distribuídos pela região do Karoo. Em conjunto, formam um telescópio virtual gigante com grande sensibilidade às ondas de rádio. O sistema acompanha grandes áreas do céu no hemisfério sul e procura, de forma direcionada, regiões onde possam existir lentes gravitacionais.

O MeerKAT tem ainda outra função: serve como antecessor técnico e científico do Square Kilometre Array (SKA). Este grande projeto internacional deverá juntar, nos próximos anos, milhares de antenas na África do Sul e na Austrália. O SKA vai aumentar a sensibilidade no domínio do rádio em cerca de dez vezes.

O sinal de gigamaser agora medido é um sinal claro do que será possível fazer em grande escala muito em breve.

Os investigadores esperam que o SKA consiga encontrar milhares de fontes de maser até agora escondidas. As regiões do céu mais interessantes são aquelas onde existem grandes aglomerados de galáxias. A gravidade combinada desses aglomerados cria vários efeitos de lente ao mesmo tempo e amplifica, em série, os objetos de fundo.

Caça a “lasers” escondidos no espaço

A nova estratégia de observação está, por isso, definida: os futuros levantamentos vão mirar de propósito zonas onde existam estes aglomerados massivos. Aí, eles funcionam como amplificadores naturais distribuídos pelo céu, elevando sinais fracos vindos das profundezas do espaço.

O objetivo é construir um catálogo o mais completo possível de fontes de maser distantes. Com estes dados, será possível responder a perguntas como:

• Com que frequência é que as galáxias se fundem ao longo da história cósmica?

• Até que ponto estas colisões aceleram a formação estelar?

• Como se distribui o gás molecular nas galáxias primordiais?

Dentro de alguns anos, deverão surgir conjuntos de dados combinados do MeerKAT e do SKA. Isso dará uma imagem muito mais nítida do universo longínquo que emite rádio do que é possível hoje. Os telescópios óticos esbarram rapidamente nos seus limites, porque a poeira e as enormes distâncias absorvem grande parte da luz - já as ondas de rádio atravessam isso com muito mais facilidade.

O que significam termos como megamaser e lente gravitacional

Para muitas pessoas, palavras como “megamaser” ou “lente gravitacional” soam a ficção científica. Na prática, porém, tratam-se de física bem estabelecida.

Um maser (do inglês Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation) é, tecnicamente, um aparelho que amplifica micro-ondas, de forma semelhante a um laser que amplifica luz. No espaço, este princípio surge de forma natural: quando um número enorme de moléculas ocupa o mesmo estado de energia excitado, todas podem emitir ondas de rádio idênticas ao mesmo tempo. Um megamaser é apenas uma versão cósmica especialmente potente desse fenómeno.

Já as lentes gravitacionais baseiam-se na ideia de Einstein de que a massa curva o espaço. Os raios de luz - ou as ondas de rádio - seguem essa curvatura como carros numa estrada inclinada. Se uma galáxia muito massiva estiver exatamente entre nós e um objeto de fundo, podemos ver a sua luz concentrada e amplificada, por vezes até em forma de arcos ou anéis no céu.

A combinação destes dois efeitos é o que torna esta descoberta tão especial: um maser natural é amplificado por uma lupa natural e captado por um radiotelescópio moderno. No fim, este sinal com oito mil milhões de anos acaba reduzido a uma linha discreta num ficheiro de dados - mas conta uma história de destruição galáctica, nascimento de estrelas e da precisão dos instrumentos humanos.