Os astrónomos, usando o Hobby-Eberly Telescope Dark Energy Experiment (HETDEX), criaram o mapa tridimensional mais detalhado de sempre, mostrando a luz produzida pelo hidrogénio energizado no Universo primitivo, que remonta a cerca de 9 a 11 mil milhões de anos atrás. Este tipo de radiação, conhecida como luz alfa de Lyman, é libertada em grandes quantidades quando átomos de hidrogénio absorvem energia de estrelas próximas. Devido a esta propriedade, é uma forma eficaz de localizar galáxias brilhantes durante este período distante de intensa formação estelar. No entanto, a localização de galáxias muito mais fracas e nuvens de gás que também emitem luz alfa de Lyman permanecem em grande parte ocultas.
“A observação do Universo primitivo permite-nos compreender como as galáxias evoluíram até à sua forma atual e qual o papel que o gás intergaláctico desempenhou neste processo,” afirma Maja Lujan Niemeyer, cientista do HETDEX, do Instituto Max Planck de Astrofísica, que liderou a criação do mapa. “Mas muitos objetos neste momento são fracos e difíceis de observar devido às suas grandes distâncias.”
Para revelar essas fontes fracas, a equipe usou um método chamado mapeamento de intensidade de linha. Este método torna possível detectar o brilho combinado de muitos objetos distantes, ajudando os cientistas a construir uma imagem mais completa do jovem universo. As descobertas foram publicadas em 3 de março O Jornal Astrofísico.
Como os mapas de intensidade de linha revelam galáxias ocultas
A luz pode ser separada em seus comprimentos de onda componentes, produzindo o que os cientistas chamam de espectro. Os astrônomos estudam espectros (plural de “espectro”) procurando picos e vales que indicam a presença de elementos específicos. Em vez de identificar galáxias individuais, uma de cada vez, o mapeamento de intensidade de linha mede a intensidade com que um elemento específico ocorre em toda uma região do espaço.
“Imagine que você está em um avião olhando para baixo”, explica Julian Muñoz, cientista do HETDEX, professor assistente da Universidade do Texas em Austin e coautor do artigo. “A maneira ‘tradicional’ de fazer pesquisas de galáxias é como mapear apenas as cidades mais brilhantes: você sabe onde estão os centros populacionais, mas sente falta de todos.” “O mapeamento de intensidade é como olhar para a mesma cena através de uma janela plana manchada: você obtém uma imagem mais desfocada, mas captura toda a luz, não apenas os pontos mais brilhantes.”
Embora o mapeamento de intensidade de linha tenha sido usado antes, esta é a primeira vez que a emissão alfa de Lyman foi mapeada com um conjunto de dados tão grande e com tão alta precisão. O Telescópio Hobby-Eberly do Observatório McDonald coleta uma riqueza de informações para o HETDEX, que rastreia as posições de mais de um milhão de galáxias brilhantes para entender melhor a energia escura. A pesquisa é notável não apenas pelo seu escopo, mas também pelo grande volume de dados. Os pesquisadores coletaram mais de 600 milhões de espectros de uma área do céu equivalente a mais de 2 mil luas cheias.
Um vasto oceano de dados inexplorados
“No entanto, utilizámos apenas uma pequena fração de todos os dados que recolhemos, cerca de 5 por cento,” explica Karl Gebhardt, investigador principal do HETDEX, presidente do Departamento de Astronomia da Universidade do Texas em Austin, e co-autor do artigo. “Há um enorme potencial para usar os dados restantes para conduzir pesquisas adicionais”.
“O HETDEX observou tudo num pedaço do céu, mas muito poucos dados relacionados com galáxias suficientemente brilhantes para serem utilizados pelo projeto,” acrescenta Lujan Niemeyer. “Mas essas galáxias são apenas a ponta do iceberg. No espaço aparentemente vazio entre elas, existe um mar de luz.”
Supercomputador revela estrutura oculta do universo
Para criar o novo mapa, os pesquisadores desenvolveram um software personalizado e contaram com supercomputadores do Texas Advanced Computing Center. Esses sistemas analisam aproximadamente meio petabyte de dados HETDEX. A equipe usou então as posições conhecidas de galáxias brilhantes catalogadas pelo HETDEX para estimar as posições de galáxias fracas próximas e nuvens de gás brilhantes. Como a gravidade faz com que a matéria se aglomere, as galáxias brilhantes marcam frequentemente regiões onde outros objetos podem ser encontrados.
“Podemos, portanto, usar as posições de galáxias conhecidas como guias para determinar as distâncias de objetos mais escuros”, disse o cientista do HETDEX Eiichiro Komatsu, diretor científico do Instituto Max Planck de Astrofísica e co-autor do artigo. O mapa completo aprimora a visão em torno de galáxias brilhantes, ao mesmo tempo que revela mais detalhes em regiões anteriormente inexploradas entre galáxias.
“Temos simulações computacionais desse período”, continuou Komatsu. “Mas estas são apenas simulações, não o universo real. Agora temos uma base para saber se alguns dos dados astrofísicos que sustentam estas simulações estão corretos.”
Uma nova era de mapeamento do universo
Os pesquisadores planejam comparar seu mapa com outros levantamentos que examinam a mesma área do espaço, mas focam em elementos diferentes. Por exemplo, mapas de intensidade linear de monóxido de carbono, que estão associados às nuvens densas e frias onde as estrelas se formam, podem ajudar os cientistas a compreender melhor o ambiente em torno de estrelas jovens que produzem radiação Lyman alfa.
“Este estudo é o primeiro do gênero, o que é emocionante por si só e abre as portas para uma nova era de mapeamento de intensidade do universo”, disse Muñoz. “Hobby-Eberly é um telescópio inovador. À medida que novos instrumentos complementares são disponibilizados, estamos entrando na era de ouro do mapeamento do universo.”
