Os astrónomos detectaram directamente um sinal de rádio excepcionalmente fraco proveniente do gás hidrogénio a milhares de milhões de anos-luz de distância, demonstrando um novo método promissor para mapear a vasta estrutura do Universo.
A equipa internacional, liderada por investigadores da Universidade de Manchester e da Universidade de Western Cape, utilizou o radiotelescópio MeerKAT da África do Sul para medir as emissões de hidrogénio neutro quando o Universo era vários milhares de milhões de anos mais jovem do que é hoje.
publicado em As cartas do jornal astrofísicoOs resultados destacam o potencial aumentado do mapeamento da intensidade do hidrogénio, uma técnica concebida para pesquisar vastas regiões do espaço, em comparação com métodos que dependem da identificação de galáxias individualmente.
Mapeando o Universo com Hidrogênio
O hidrogênio neutro emite naturalmente uma emissão de rádio muito fraca, conhecida como linha de 21 centímetros. Como o universo está se expandindo, esse sinal é esticado para comprimentos de onda mais longos à medida que viaja pelo espaço. Ao medir essa variação, os astrónomos podem estudar o hidrogénio de diferentes épocas da história cósmica.
O mapeamento da intensidade do hidrogênio aproveita esse sinal de uma maneira diferente dos levantamentos tradicionais de galáxias. Em vez de tentar identificar e medir uma galáxia de cada vez, os astrónomos detectam brilhos de rádio combinados produzidos pelo hidrogénio num grande número de galáxias que não podem ser resolvidas individualmente.
Esta abordagem torna possível sondar vastas quantidades de espaço e reconstruir uma visão tridimensional de como a matéria está distribuída no universo.
Medições anteriores confiáveis de hidrogênio a essas distâncias geralmente exigiam que os astrônomos combinassem observações de radiotelescópios com dados de pesquisas ópticas de galáxias. Neste caso, os pesquisadores conseguiram identificar diretamente o sinal de mapeamento da intensidade do hidrogênio usando as próprias observações de rádio do MeerKAT.
Um sinal de bilhões de anos atrás
Os pesquisadores examinaram quase 96 horas de observações do MeerKAT e encontraram sinais de dois períodos distintos na história cósmica. As emissões viajaram durante cerca de quatro a cinco mil milhões de anos antes de chegarem à Terra.
As medições permitiram à equipa detectar hidrogénio a uma distância de vários milhões de anos-luz, aproximadamente equivalente à separação entre a Via Láctea e a vizinha Galáxia de Andrómeda.
“Este é um marco muito emocionante”, disse o Dr. Saurabh Paul, principal autor do estudo. “O mapeamento da intensidade do hidrogénio tem sido visto há muito tempo como uma forma promissora de mapear eficientemente o Universo, mas o sinal é extremamente fraco e difícil de distinguir da emissão em primeiro plano, da interferência de radiofrequência provocada pelo homem e dos efeitos instrumentais. Detectá-lo diretamente com o MeerKAT mostra que esta técnica está a tornar-se uma ferramenta prática para a cosmologia.”
A remoção de um sinal tão fraco exige que os pesquisadores considerem cuidadosamente as diversas fontes de interferência que podem distorcer a medição.
“Este foi um processo desafiador de análise de dados que exigiu uma compreensão detalhada das muitas fontes de contaminação que podem afetar essas medições de luz”, disse o professor Santos. “É particularmente digno de nota que os dados utilizados neste estudo foram obtidos em 2018, quando o MeerKAT tinha acabado de iniciar as operações científicas. Existe agora um rico tesouro de dados do MeerKAT esperando para serem explorados com este método.”
Uma nova ferramenta para estudar a evolução das galáxias
Segundo os pesquisadores, os resultados criam novas oportunidades para medir o hidrogênio neutro em distâncias cosmológicas e investigar como as galáxias se formaram e mudaram ao longo da história do universo.
Dr. Zhaoting Chen, coautor do estudo, disse: “O hidrogênio neutro é um dos principais ingredientes para a compreensão de como as galáxias se formam e evoluem.
“Com o mapeamento de intensidade, não precisamos de detetar cada galáxia individual. Em vez disso, podemos medir o sinal coletivo do hidrogénio através de grandes volumes cósmicos, dando-nos uma nova forma de estudar a evolução das galáxias e a distribuição da matéria subjacente ao Universo.”
Uma detecção bem sucedida também poderia ter implicações importantes para futuras pesquisas cosmológicas. Espera-se que o mapeamento da intensidade do hidrogênio se torne um importante foco científico para o observatório Square Kilometer Array. O MeerKAT serve como um telescópio precursor para essa instalação.
Preparação de tabela de quilômetro quadrado
A co-autora do estudo, Professora Laura Volz, da Universidade de Manchester, disse:”O MeerKAT continua a abrir novas janelas para a cosmologia. O facto de este sinal poder ser extraído de observações que não foram originalmente concebidas para o mapeamento da intensidade de hidrogénio é muito encorajador. Isto mostra o enorme valor científico dos dados do MeerKAT e aponta o caminho para futuras observações com o SKAO.”
Estudos futuros que observem porções maiores do céu durante períodos de tempo mais longos deverão permitir aos astrónomos mapear o hidrogénio neutro com ainda maior precisão.
Essas observações podem ajudar os investigadores a compreender como as galáxias evoluíram, determinar como a matéria escura afecta a teia cósmica e reconstruir como o Universo mudou ao longo de milhares de milhões de anos.
