MeerKAT deteta gigamaser recorde a oito mil milhões de anos-luz

Na África do Sul, um radiotelescópio detetou um sinal emitido há cerca de oito mil milhões de anos. A origem está em duas galáxias em colisão, e o sinal foi amplificado durante o percurso por uma «lupa» cósmica, superando todos os recordes anteriores da sua categoria. Esta descoberta espetacular não resulta apenas do acaso: baseia-se também numa nova técnica com a qual os investigadores pretendem encontrar, no futuro, milhares de «lasers do espaço» semelhantes.

Como uma coincidência cósmica tornou possível um sinal recorde

No centro da descoberta está um objeto celeste distante, com a designação pouco expressiva HATLAS J142935.3-002836. Esta galáxia existia quando o Universo tinha apenas cerca de cinco mil milhões de anos, menos de metade da idade atual. Foi daí que partiu um sinal de rádio fortemente concentrado.

O sinal percorreu mais de oito mil milhões de anos-luz - mais de metade da extensão observável do Universo - antes de alcançar as antenas do radiotelescópio sul-africano MeerKAT. A uma distância desta dimensão, esta radiação ficaria normalmente totalmente dispersa e demasiado fraca para poder ser detetada.

«Só uma combinação extremamente favorável de três objetos celestes tornou esta observação possível.»

Entre a galáxia distante e a Terra encontra-se uma segunda galáxia, muito massiva, situada quase exatamente na linha que as liga. A sua gravidade curva o espaço à sua volta e, consequentemente, altera também a trajetória das ondas de rádio. Este efeito é conhecido como lente gravitacional.

O seu funcionamento pode ser comparado ao de uma lupa: a galáxia intermédia reforça o sinal recebido, concentra-o e torna-o mais brilhante do que seria expectável a esta distância. Sem este alinhamento cósmico triplo - a fonte, a «lupa» e a Terra quase perfeitamente alinhadas - o sinal teria permanecido simplesmente invisível.

Uma equipa liderada pelo astrofísico Marcin Glowacki, da Universidade de Pretória, identificou esta configuração rara nos dados do MeerKAT Absorption Line Survey. Os resultados preliminares, publicados no servidor de preprints arXiv, descrevem uma experiência de acaso celeste que permite à investigação observar regiões normalmente inacessíveis a qualquer medição.

MeerKAT: enormes ouvidos de rádio no deserto de Karoo

A descoberta foi feita com o radiotelescópio MeerKAT, na África do Sul. A infraestrutura é composta por 64 antenas parabólicas distribuídas pela paisagem árida do Karoo. Em conjunto, formam um gigantesco telescópio virtual, dotado de uma capacidade extremamente precisa para captar ondas de rádio.

O MeerKAT vigia quase continuamente extensas zonas do céu austral. A atenção concentra-se sobretudo em regiões onde podem surgir lentes gravitacionais, como áreas com muitas galáxias massivas ou aglomerados de galáxias. É precisamente nestas zonas que os investigadores esperam encontrar sinais amplificados como o agora observado.

• Localização: deserto de Karoo, na África do Sul
• Número de antenas: 64 parabólicas individuais
• Início de funcionamento: final da década de 2010
• Capacidade: elevada sensibilidade a ondas de rádio muito fracas
• Função: precursor e componente do futuro Square Kilometre Array (SKA)

Em abril de 2025, as antenas registaram o sinal invulgarmente luminoso. A análise revelou que provinha de uma região onde duas galáxias estão efetivamente a embater uma na outra. É nesse ambiente que se forma um fenómeno de energia extrema: um chamado megamaser de moléculas de hidroxilo.

Quando galáxias colidem e acendem um «laser» cósmico

A origem física do sinal recorde parece, à primeira vista, discreta: moléculas de hidroxilo, compostas por um átomo de oxigénio e um de hidrogénio (OH). O aspeto decisivo é o local onde estas moléculas se encontram: no centro de uma colisão violenta entre galáxias.

Quando duas galáxias chocam, as respetivas nuvens de gás e poeira misturam-se. Enormes reservas de gás são comprimidas, formando frentes de choque e ondas de choque. Neste ambiente extremo, as moléculas de OH atingem um estado particularmente excitado.

Em condições adequadas, estas moléculas passam a emitir ondas de rádio não de forma caótica, mas concentrada e amplificada. O mecanismo assemelha-se, em termos gerais, ao princípio de um laser, mas na gama das ondas de rádio. Os especialistas chamam-lhe maser (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Quando esta emissão se torna especialmente intensa, recebe o nome de megamaser.

«No caso de HATLAS J142935, os investigadores falam mesmo de um possível “gigamaser” - uma nova categoria ainda mais extrema.»

A luminosidade medida ultrapassa a de todos os megamasers de hidroxilo conhecidos até agora. Por isso, a equipa de Glowacki propõe classificar o objeto numa categoria própria. O termo «gigamaser» pretende evidenciar quão mais energético é este sinal face aos exemplos habituais.

Fábrica de starburst: centenas de sóis por ano

A explicação para a intensidade extraordinária da radiação está no ritmo impressionante a que as galáxias em colisão formam estrelas. As estimativas apontam para várias centenas de massas solares por ano. Na Via Láctea, esse valor é de apenas uma a duas massas solares anuais.

Estas fases extremas de «starburst» fornecem abundante radiação e processos de choque que mantêm as moléculas de OH permanentemente excitadas. Assim, o efeito maser permanece ativo e emite através do espaço como um farol cósmico.

O que os investigadores podem aprender com o sinal de rádio

As ondas de rádio emitidas pelo gigamaser transportam uma grande quantidade de informação. Permitem indicar onde se localiza o gás molecular denso na galáxia em colisão, a velocidade a que se move e o seu grau de concentração. Desta forma, os astrofísicos obtêm uma ferramenta para cartografar as regiões internas de galáxias muito distantes.

A ligação entre sinais de maser e a história da evolução galáctica é particularmente relevante. As colisões entre galáxias desempenham um papel central na formação e transformação de grandes galáxias ao longo de milhares de milhões de anos. Com cada nova deteção de um maser, torna-se mais completa a imagem de quão frequentes são estas fusões e da intensidade com que decorrem.

Como os telescópios óticos atingem rapidamente os seus limites perante nuvens de poeira, os radiotelescópios oferecem uma vantagem importante: as ondas de rádio atravessam a poeira com relativa facilidade. Por isso, as observações de rádio conseguem frequentemente alcançar zonas que permanecem inteiramente ocultas na luz visível.

MeerKAT como precursor: começa agora a procura de milhares de masers ocultos

A descoberta atual é considerada o primeiro gigamaser de hidroxilo tornado visível com a ajuda de uma lente gravitacional. Esta combinação entre um maser intenso, mas originalmente demasiado distante, e uma lupa cósmica passa agora a servir de modelo para futuras descobertas.

Os astrofísicos partem do princípio de que o Universo está repleto de fontes de maser semelhantes, simplesmente demasiado fracas para serem detetadas sem amplificação. Quando uma lente gravitacional intervém, estes objetos invisíveis entram ao alcance dos radiotelescópios modernos.

O MeerKAT funciona, neste contexto, como laboratório de ensaio para um projeto ainda maior: o Square Kilometre Array (SKA). Nos próximos anos, deverão ser instaladas milhares de antenas na África do Sul e na Austrália, com uma área de recolha conjunta equivalente a cerca de um quilómetro quadrado. A sensibilidade a ondas de rádio fracas aumentará, assim, aproximadamente dez vezes.

«Com o SKA, os investigadores querem criar um registo quase completo de masers distantes - desde o cosmos próximo até às primeiras épocas da formação das galáxias.»

No futuro, as observações serão orientadas especificamente para regiões do céu com aglomerados de galáxias massivas, pois é aí que surgem lentes gravitacionais particularmente fortes. Desta forma, será possível usar a própria natureza como um campo de amplificação distribuído por todo o cosmos.

O que significam conceitos como lente gravitacional e maser

Muitos destes termos técnicos parecem abstratos inicialmente, mas podem ser compreendidos de forma bastante intuitiva. Uma lente gravitacional pode ser comparada a um bloco de vidro que distorce uma lâmpada colocada atrás dele e aumenta a luminosidade em determinados pontos. Em vez do vidro, é a gravidade de uma galáxia ou de um aglomerado de galáxias que provoca a distorção.

No essencial, um maser funciona de forma semelhante a um apontador laser sobre uma secretária: as partículas são levadas a um estado excitado e libertam a sua energia de uma só vez sob a forma de radiação concentrada. A diferença reside no comprimento de onda - micro-ondas, em vez de luz visível - e na escala: em vez de alguns milímetros, estão envolvidas nuvens com anos-luz de dimensão.

Oportunidades e limites desta técnica

A combinação de lentes gravitacionais, sinais de maser e radiotelescópios altamente sensíveis abre novas perspetivas sobre o Universo primitivo. Os investigadores obtêm dados sobre:

• a distribuição de gás molecular frio em galáxias muito distantes;
• a velocidade e a dinâmica das colisões entre galáxias;
• as taxas de formação estelar ao longo de períodos cósmicos;
• a influência das fusões no crescimento dos núcleos galácticos.

Ao mesmo tempo, subsistem desafios: as lentes gravitacionais ocorrem apenas em determinadas zonas do céu, e o respetivo efeito depende fortemente da estrutura exata da galáxia que funciona como lente. Por esse motivo, os dados têm de ser recalculados através de modelos complexos para reconstruir a luminosidade e a estrutura originais da fonte.

Ainda assim, a deteção do gigamaser com oito mil milhões de anos demonstra o potencial deste método. O que hoje parece um caso isolado e afortunado poderá, dentro de poucos anos, fazer parte do trabalho quotidiano dos grandes radiotelescópios e alterar profundamente a observação do passado distante do Universo.