Astrônomos que trabalham com o Experimento de Energia Escura do Telescópio Hobby-Eberly (HETDEX) criaram o mapa tridimensional mais detalhado até o momento da luz produzida pelo hidrogênio energizado no universo primitivo, datando de cerca de 9 a 11 bilhões 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, serve como uma forma poderosa de localizar galáxias brilhantes durante este período distante de intensa formação estelar. No entanto, a posição de galáxias e nuvens de gás muito mais fracas que também emitem luz alfa de Lyman permaneceu em grande parte oculta.
“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,” afirma Maja Lujan Niemeyer, cientista do HETDEX e recentemente licenciada pelo Instituto Max Planck de Astrofísica, que liderou o desenvolvimento do mapa. “Mas por estarem tão distantes, muitos objetos são tênues e difíceis de observar neste momento.”
Para detectar essas fontes fracas, a equipe usou uma técnica conhecida 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. Os resultados foram publicados em 3 de março Revista astrofísica.
Como o mapeamento de intensidade de linha revela galáxias ocultas
A luz pode ser dividida em seus comprimentos de onda componentes, criando o que os cientistas chamam de espectro. Os astrônomos estudam espectros (plural de “espectros”), procurando picos e depressões que indiquem a presença de certos elementos. Em vez de identificar galáxias individuais uma por uma, o Mapeamento de Intensidade de Linha mede a intensidade 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 olhar para as galáxias é como mapear apenas as cidades mais brilhantes: você saberá onde estão os grandes centros populacionais, mas sentirá falta de todos que vivem nos subúrbios e nas cidades pequenas”, explicou Julian Muñoz, cientista do HETDEX, professor associado da Universidade do Texas em Austin e co-autor do artigo. “O mapeamento de intensidade é como olhar para a mesma cena através de uma janela borrada de avião: você obtém uma imagem mais borrada, mas captura toda a luz, não apenas os pontos mais brilhantes.”
Embora o mapa 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 tão alta precisão. O Telescópio Hobby-Eberly no Observatório MacDonald coleta uma enorme quantidade de informações para o HETDEX, rastreando as posições de mais de um milhão de galáxias brilhantes para entender 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 cobre uma área equivalente a mais de 2.000 luas cheias.
Um vasto oceano de dados não utilizados
“No entanto, utilizamos apenas uma pequena fração de todos os dados que recolhemos, cerca de 5%,” explicou Carl Gebhardt, investigador principal do HETDEX, presidente do Departamento de Astronomia da UT Austin e co-autor do artigo. “Há um enorme potencial na utilização destes dados restantes para pesquisas adicionais.”
“O HETDEX observa tudo no céu, mas apenas uma pequena quantidade destes dados está relacionada com galáxias que são suficientemente brilhantes para serem utilizadas no projeto,” acrescentou Lujan Niemeyer. “Mas essas galáxias são apenas a ponta do iceberg. Há todo um mar de luz nos pontos aparentemente vazios entre elas.”
Supercomputadores revelam a estrutura oculta do cosmos
Para criar o novo mapa, os pesquisadores desenvolveram um software especial e contaram com supercomputadores do Texas Advanced Computing Center. Esses sistemas analisaram aproximadamente meio petabyte de dados HETDEX. A equipe usou então as posições conhecidas de galáxias brilhantes já catalogadas pelo HETDEX para estimar onde estavam localizadas as galáxias fracas próximas e as nuvens de gás brilhantes. Como as forças da gravidade são importantes para se aglomerarem, as galáxias brilhantes marcam frequentemente áreas onde outros objetos podem ser encontrados.
“Portanto, podemos usar a localização de galáxias conhecidas como um guia para determinar a distância até objetos mais ténues,” disse Eithiro Kamatsu, cientista do HETDEX, diretor de investigação do Instituto Max Planck de Astrofísica e co-autor do artigo. O mapa completo melhora a visão em torno das galáxias brilhantes e também mostra mais detalhes nas regiões anteriormente inexploradas entre elas.
“Temos uma simulação computacional desse período”, continuou Komatsu. “Mas isto é apenas uma simulação, não o universo real. Agora temos uma estrutura que nos permite saber se alguma da astrofísica subjacente a estas simulações está correta.”
Uma nova era de mapeamento do universo
Os pesquisadores planejam comparar seu mapa com outros estudos que estudam as mesmas regiões do espaço, mas focam em elementos diferentes. Por exemplo, um mapa da intensidade das linhas de monóxido de carbono associadas a nuvens densas e frias de formação de estrelas pode ajudar os cientistas a compreender melhor o ambiente em torno de estrelas jovens que produz a emissão alfa de Lyman.
“Este estudo é a primeira descoberta, que é emocionante por si só, e abre a porta para uma nova era de imagens intensas do universo”, disse Munoz. “Hobby-Eberly é um telescópio pioneiro. E com novos instrumentos complementares disponíveis, estamos entrando numa era de ouro para o mapeamento espacial.”
