Astrônomos que trabalham com o Experimento de Energia Escura do Telescópio Hobby-Eberly (HETDEX) criaram o mapa tridimensional mais detalhado da luz produzida pelo hidrogênio energizado no universo primitivo, cerca de 9 bilhões a 11 bilhões de anos atrás. Essa radiação, conhecida como luz alfa de Lyman, é emitida em abundância quando átomos de hidrogênio absorvem energia de estrelas próximas. Devido a esta propriedade, serve como um meio poderoso de detecção de galáxias brilhantes nestes tempos distantes de intensa formação estelar. No entanto, a localização de muitas galáxias fracas e nuvens de gás que emitem luz alfa de Lyman estão em sua maioria ocultas.
“As observações do Universo primitivo dão-nos uma ideia de 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 e recentemente licenciada no Instituto Max Planck de Astrofísica. “Mas por estarem tão distantes, muitos objetos deste período são tênues e difíceis de observar”.
Para revelar essas fontes obscuras, a equipe usou um método conhecido como mapeamento de intensidade de linha. Este método torna possível detectar o brilho coletivo de muitos objetos distantes, ajudando os cientistas a construir uma imagem mais completa do jovem universo. Os resultados foram divulgados em 3 de março Jornal Astrofísico.
Como o mapeamento de intensidade de linha revela galáxias ocultas
A luz pode ser dividida em seus comprimentos de onda componentes, que os cientistas chamam de espectro. Os astrônomos estudam espectros (plural de “espectro”) em busca de picos e quedas que indiquem a presença de certos elementos. Em vez de identificar cada galáxia de cada vez, o mapeamento de intensidade de linha mede a intensidade com que um determinado componente aparece em toda uma região do espaço.
“Imagine que você está em um avião olhando para baixo. A maneira ‘tradicional’ de pesquisar galáxias é como mapear cidades brilhantes: você aprende onde estão os grandes centros populacionais, mas sente falta de todos que vivem nos subúrbios e cidades pequenas”, explicou Julian Muoz, cientista HETDEX, professor assistente na Universidade do Texas e no Texas no artigo. “O mapeamento de intensidade é como olhar para a mesma cena através de uma janela de avião embaçada: você obtém uma imagem borrada, mas captura toda a luz e não apenas os pontos brilhantes.”
Embora o mapeamento de intensidade de linha tenha sido usado antes, esta é a primeira vez que mapeia a emissão alfa de Lyman com um conjunto de dados tão grande e com tão alta precisão. O telescópio Hobby-Eberly do Observatório MacDonald coleta enormes quantidades de dados para o HETDEX enquanto rastreia as posições de mais de um milhão de galáxias brilhantes em um esforço para compreender melhor a energia escura. A pesquisa se destaca não apenas pela abrangência, mas também pelo volume de dados. Os investigadores recolheram mais de 600 milhões de espectros de uma região do céu que abrange uma área igual a mais de 2.000 luas cheias.
Um vasto oceano de dados não utilizados
“No entanto, utilizamos apenas uma pequena fração dos dados que recolhemos, cerca de 5%”, explica Carl Gebhardt, investigador principal do HETDEX, presidente do Departamento de Astronomia da UT Austin e coautor do artigo. “Há um enorme potencial para usar os dados restantes para pesquisas adicionais”.
“O HETDEX observa tudo dentro de uma área do céu, mas uma pequena quantidade desses dados refere-se a 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 oceano de luz nas manchas aparentemente vazias entre elas.”
Supercomputadores revelam a estrutura oculta do cosmos
Para criar o novo mapa, os pesquisadores desenvolveram um software personalizado e contaram com supercomputadores do Texas Advanced Computing Center. Esses sistemas analisaram quase meio petabyte de dados HETDEX. A equipe então usou as localizações conhecidas de galáxias brilhantes listadas pelo HETDEX para inferir onde estão localizadas as galáxias fracas próximas e as nuvens de gás em chamas. Como os aglomerados gravitacionais são importantes, as galáxias brilhantes muitas vezes marcam regiões onde é provável que outros objetos sejam encontrados.
“Portanto, podemos usar a localização de galáxias conhecidas como um sinal para determinar a distância até objetos 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 mais brilhantes e revela mais detalhes em regiões anteriormente desconhecidas dentro delas.
“Temos simulações computacionais desse período”, continuou Komatsu. “Mas estas são apenas simulações, não o universo real. Agora temos uma base que nos permite saber se alguma parte da astrofísica torna estas simulações corretas.”
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 linear de monóxido de carbono – associado às nuvens densas e frias onde se formam – pode ajudar os cientistas a compreender melhor os ambientes em torno de estrelas jovens que produzem radiação Lyman alfa.
“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 Munoz. “O Hobby-Eberly é um telescópio pioneiro. E com novos instrumentos complementares disponíveis, estamos a entrar numa era de ouro para o mapeamento do cosmos.”
