'Um mar de luz': Astrônomos criam mapa 3D dos primórdios do universo e revelam galáxias ocultas; entenda
Astrônomos produziram o maior e mais detalhado mapa tridimensional já feito de um sinal luminoso do universo primitivo, revelando galáxias antes invisíveis e nuvens de gás que existiam entre 9 bilhões e 11 bilhões de anos atrás. O trabalho analisa a fraca radiação conhecida como luz Lyman-alpha, emitida por átomos de hidrogênio energizados, e utiliza uma técnica avançada chamada mapeamento de intensidade de linha para captar não apenas as galáxias mais brilhantes, mas também as vastas estruturas cósmicas ao seu redor.
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O mapa foi desenvolvido por pesquisadores ligados ao Hobby-Eberly Telescope Dark Energy Experiment (HETDEX), que criaram a representação tridimensional mais detalhada até agora da luz produzida pelo hidrogênio energizado no universo jovem. Esse tipo de radiação é liberado em grandes quantidades quando átomos de hidrogênio absorvem energia de estrelas próximas, o que o torna uma ferramenta importante para localizar galáxias luminosas durante esse período distante de intensa formação estelar. No entanto, a posição de galáxias muito mais fracas e de nuvens de gás que também emitem luz Lyman-alpha permanecia em grande parte oculta.
'Um mar de luz': Astrônomos criam mapa 3D dos primórdios do universo e revelam galáxias ocultas; entenda
Divulgação: Observatório McDonald
“Observar o universo primitivo nos dá uma ideia de como as galáxias evoluíram até sua forma atual e qual papel o gás intergaláctico desempenhou nesse processo”, afirmou Maja Lujan Niemeyer, cientista do HETDEX e recém-formada pelo Instituto Max Planck de Astrofísica, que liderou o desenvolvimento do mapa. “Mas, como estão muito distantes, muitos objetos desse período são fracos e difíceis de observar.”
Para revelar essas fontes tênues, a equipe utilizou o método de Line Intensity Mapping, que permite detectar o brilho combinado de inúmeros objetos distantes e assim reconstruir uma visão mais completa do universo jovem. Os resultados foram publicados em 3 de março na revista científica The Astrophysical Journal.
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Técnica capta luz de regiões inteiras do espaço
A luz pode ser dividida em diferentes comprimentos de onda, formando o que os cientistas chamam de espectro. Astrônomos estudam esses espectros procurando picos e quedas que indicam a presença de determinados elementos. Em vez de identificar galáxias individualmente, uma a uma, o mapeamento de intensidade de linha mede a força com que um elemento específico aparece em uma região inteira do espaço.
“Imagine que você está em um avião olhando para baixo. A maneira ‘tradicional’ de fazer levantamentos de galáxias é como mapear apenas as cidades mais brilhantes: você descobre onde estão os grandes centros populacionais, mas perde todo mundo que vive nos subúrbios e em pequenas cidades”, explicou Julian Muñoz, cientista do HETDEX, professor assistente da Universidade do Texas em Austin e coautor do estudo. “O mapeamento de intensidade é como observar a mesma cena através da janela embaçada de um avião: você obtém uma imagem mais borrada, mas captura toda a luz, e não apenas os pontos mais brilhantes.”
Embora a técnica já tenha sido utilizada anteriormente, esta é a primeira vez que ela mapeia emissões Lyman-alpha com um conjunto de dados tão amplo e com tamanha precisão. O telescópio Hobby-Eberly, localizado no Observatório McDonald, coleta enormes quantidades de informações para o HETDEX enquanto rastreia a posição de mais de um milhão de galáxias brilhantes, em um esforço para compreender melhor a energia escura.
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O levantamento se destaca não apenas pela escala, mas também pelo volume de dados: os pesquisadores já coletaram mais de 600 milhões de espectros em uma região do céu equivalente a mais de 2 mil luas cheias.
Um oceano de dados ainda pouco explorado
“Entretanto, usamos apenas uma pequena fração de todos os dados que coletamos, cerca de 5%”, explicou Karl Gebhardt, investigador principal do HETDEX, chefe do departamento de astronomia da Universidade do Texas em Austin e coautor do artigo. “Há um enorme potencial em usar o restante desses dados para pesquisas adicionais.”
“HETDEX observa tudo em uma região do céu, mas apenas uma pequena parte desses dados está relacionada às galáxias que são brilhantes o suficiente para o projeto usar”, acrescentou Lujan Niemeyer. “Mas essas galáxias são apenas a ponta do iceberg. Há todo um mar de luz nos espaços aparentemente vazios entre elas.”
A estrutura oculta do cosmos
Para construir o novo mapa, os pesquisadores desenvolveram softwares específicos e utilizaram supercomputadores do Texas Advanced Computing Center. Os sistemas analisaram cerca de meio petabyte de dados do HETDEX.
A equipe também usou as posições conhecidas de galáxias brilhantes já catalogadas para estimar onde poderiam estar galáxias mais fracas e nuvens de gás próximas. Como a gravidade faz a matéria se agrupar, regiões com galáxias luminosas tendem a indicar áreas onde outros objetos também estão presentes.
“Assim, podemos usar a localização de galáxias conhecidas como um marco para identificar a distância dos objetos mais fracos”, disse Eiichiro Komatsu, cientista do HETDEX e diretor científico do Instituto Max Planck de Astrofísica.
O mapa final melhora a visão das regiões ao redor das galáxias brilhantes e revela detalhes inéditos nas áreas antes pouco exploradas entre elas.
“Temos simulações de computador desse período”, continuou Komatsu. “Mas são apenas simulações, não o universo real. Agora temos uma base que pode nos dizer se parte da astrofísica que sustenta essas simulações está correta.”
Nova era no mapeamento do universo
Os pesquisadores pretendem agora comparar o mapa com outros levantamentos que estudam as mesmas regiões do espaço, mas focados em diferentes elementos químicos. Um exemplo é o mapeamento de monóxido de carbono — associado às nuvens densas e frias onde nascem estrelas — que pode ajudar a entender melhor os ambientes das estrelas jovens responsáveis pela radiação Lyman-alpha.
“Este estudo é uma primeira detecção, o que já é empolgante por si só, e abre caminho para uma nova era de mapeamento de intensidade do universo”, afirmou Muñoz. “O Hobby-Eberly é um telescópio pioneiro. E, com novos instrumentos complementares entrando em operação, estamos entrando em uma era de ouro para mapear o cosmos.”