Astrônomos criam o maior mapa 3D do universo primitivo, revelando galáxias ocultas

“A observação do Universo primitivo dá-nos uma ideia de como as galáxias evoluíram até à sua forma atual e qual o papel que o gás intergaláctico desempenhou neste processo,” disse Maja Lujan Niemeyer, cientista do HETDEX e recém-formada pelo Instituto Max Planck de Astrofísica, que liderou o desenvolvimento do mapa. “Mas por estarem distantes, muitos objetos neste momento são tênues e difíceis de observar.”

Para revelar essas fontes fracas, a equipe usou um método conhecido como Mapeamento de Intensidade de Linha. Esta abordagem 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 no O Jornal Astrofísico.

Como o mapeamento de intensidade de linha revela 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 (o plural de “espectro”) procurando picos e quedas 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 aparece em toda uma região do espaço.

“Imagine que você está em um avião olhando para baixo. A maneira ‘tradicional’ de fazer pesquisas de galáxias é como mapear apenas as cidades mais brilhantes: você aprende onde estão os grandes centros populacionais, mas sente falta de todos que vivem nos subúrbios e nas pequenas cidades, “explicou Julian Muñoz, cientista HETDEX, professor assistente na Universidade do Texas em Austin, e co-autor do artigo. “O mapeamento de intensidade é como visualizar a mesma cena através de uma janela plana borrada: você obtém uma imagem mais desfocada, mas captura toda a luz e não apenas os pontos mais brilhantes.”

Embora o mapeamento de intensidade de linha já tenha sido usado antes, esta é a primeira vez que ele mapeia a emissão alfa de Lyman com um conjunto de dados tão grande e com alta precisão. O Telescópio Hobby-Eberly no Observatório McDonald reúne enormes quantidades de informações para o HETDEX enquanto rastreia as posições de mais de um milhão de galáxias brilhantes, num esforço para compreender melhor a energia escura. A pesquisa é notável não apenas pelo seu alcance, mas também pelo volume de dados. Os investigadores recolheram mais de 600 milhões de espectros de uma região do céu que abrange uma área equivalente a mais de 2.000 luas cheias.

Um vasto oceano de dados inexplorados

“No entanto, usamos apenas uma pequena fração de todos os dados que coletamos, cerca de 5%”, explicou Karl Gebhardt, investigador principal do HETDEX, presidente do departamento de astronomia da UT Austin e coautor do artigo. “Há um enorme potencial no uso dos dados restantes para pesquisas adicionais”.

“O HETDEX observa tudo num pedaço do céu, mas apenas uma pequena quantidade desses dados está relacionada com as galáxias que são brilhantes o suficiente para serem utilizadas pelo projeto,” acrescentou Lujan Niemeyer. “Mas essas galáxias são apenas a ponta do iceberg. Há todo um mar de luz nas manchas aparentemente vazias entre elas.”

Supercomputadores revelam a estrutura oculta do cosmos

Para construir o novo mapa, os pesquisadores desenvolveram um software personalizado e contaram com supercomputadores do Texas Advanced Computing Center. Esses sistemas analisaram cerca de meio petabyte de dados HETDEX. A equipe usou então as posições conhecidas de galáxias brilhantes já catalogadas pelo HETDEX para estimar onde estão localizadas as galáxias fracas próximas e as nuvens de gás brilhantes. Como a gravidade faz com que a matéria se aglomere, as galáxias brilhantes marcam frequentemente regiões onde é provável que outros objetos sejam encontrados.

“Assim, podemos usar a localização de galáxias conhecidas como um sinal para identificar a distância dos objetos mais ténues,” disse Eiichiro Komatsu, cientista do HETDEX, diretor científico do Instituto Max Planck de Astrofísica e coautor do artigo. O mapa completo aprimora a visão em torno das galáxias brilhantes, ao mesmo tempo que revela mais detalhes nas regiões anteriormente inexploradas entre elas.

“Temos simulações computacionais desse período”, continuou Komatsu. “Mas estas são apenas simulações, não o universo real. Agora temos uma base que pode nos informar se alguma da astrofísica que sustenta essas simulações está correta.”

Uma nova era de mapeamento do universo

Os investigadores planeiam comparar o seu mapa com outras pesquisas que examinam as mesmas regiões do espaço, mas focam em elementos diferentes. Por exemplo, um mapa de intensidade de linha de monóxido de carbono – que está associado às nuvens densas e frias onde as estrelas se formam – poderia ajudar os cientistas a compreender melhor os ambientes que rodeiam as estrelas jovens que produzem a radiação alfa de Lyman.

“Este estudo é uma primeira detecção, que é emocionante por si só, e abre a porta para uma nova era de mapeamento de intensidade do universo”, disse Muñoz. “O Hobby-Eberly é um telescópio pioneiro. E com a disponibilização de novos instrumentos complementares, estamos a entrar numa era de ouro para o mapeamento do cosmos.”