Astrônomos elaboram o maior mapeamento tridimensional do universo primitivo, revelando galáxias ocultas.

Observando o universo primitivo

“Observar o universo primitivo nos dá uma ideia de como as galáxias evoluíram para sua forma atual e qual o papel que o gás intergaláctico desempenhou nesse processo”, disse Maja Lujan Niemeyer, uma cientista do HETDEX e recém-formada do Max Planck Institute for Astrophysics, que liderou o desenvolvimento do mapa. “Mas, devido à distância, muitos objetos dessa época são fracos e difíceis de observar.”

A técnica de Mapeamento de Intensidade de Linha

Para revelar essas fontes fracas, a equipe utilizou um método conhecido como Mapeamento de Intensidade de Linha. Essa 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 na The Astrophysical Journal.

“A luz pode ser separada em seus comprimentos de onda componentes, produzindo o que os cientistas chamam de espectro. Astrônomos estudam espectros (a plural de ‘espectro’) procurando por picos e vales que indicam a presença de elementos particulares. Em vez de identificar galáxias individuais uma a uma, o Mapeamento de Intensidade de Linha mede quão fortemente um elemento específico aparece em toda uma região do espaço”, explicou Julian Muñoz, um cientista do HETDEX, professor assistente na Universidade do Texas em Austin e coautor do artigo.

“Imagine que você está em um avião olhando para baixo. A maneira ‘tradicional’ de fazer levantamentos de galáxias é como mapear apenas as cidades mais brilhantes: você aprende onde estão os grandes centros populacionais, mas perde todos que vivem nos subúrbios e pequenas cidades”, explicou. “O mapeamento de intensidade é como ver a mesma cena através de uma janela de avião embaçada: você obtém uma imagem mais borrada, 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 de Lyman alpha com um conjunto de dados tão grande e com alta precisão. O Hobby-Eberly Telescope no McDonald Observatory coleta enormes quantidades de informações para o HETDEX enquanto rastreia as posições de mais de um milhão de galáxias brilhantes em um esforço para entender melhor a energia escura. O levantamento é notável não apenas por sua amplitude, mas também pelo volume de dados. Pesquisadores coletaram 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, chefe do departamento de astronomia da UT Austin e coautor do artigo. “Há um grande potencial em usar esses dados restantes para pesquisas adicionais.”

“O HETDEX observa tudo em um pedaço de céu, mas apenas uma pequena parte desses dados está relacionada às galáxias brilhantes que o projeto pode usar”, acrescentou Lujan Niemeyer. “Mas essas galáxias são apenas a ponta do iceberg. Há um mar de luz nas áreas aparentemente vazias entre elas.”

Supercomputadores revelam a estrutura oculta do cosmos

Para construir o novo mapa, os pesquisadores desenvolveram software personalizado e confiaram em supercomputadores no Texas Advanced Computing Center. Esses sistemas analisaram cerca de meio petabyte de dados do HETDEX. A equipe então usou as posições conhecidas de galáxias brilhantes já catalogadas pelo HETDEX para estimar onde estão localizadas as galáxias fracas e as nuvens de gás brilhantes nas proximidades. Como a gravidade faz com que a matéria se aglomere, galáxias brilhantes frequentemente marcam regiões onde outros objetos provavelmente estão presentes.

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

“Temos simulações computacionais desse período”, continuou Komatsu. “Mas essas são apenas simulações, não o universo real. Agora temos uma base que pode nos permitir saber se alguns dos aspectos astrofísicos subjacentes a essas simulações estão corretos.”

Uma nova era de mapeamento do universo

Os pesquisadores planejam comparar seu mapa com outros levantamentos que examinam as mesmas regiões do espaço, mas focam em diferentes elementos. 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 entender melhor os ambientes ao redor de estrelas jovens que produzem radiação Lyman alpha.

“Este estudo é uma primeira detecção, o que é empolgante por si só, e abre as portas para uma nova era de mapeamento de intensidade do universo,” disse Muñoz. “O Hobby-Eberly é um telescópio pioneiro. E com novos instrumentos complementares entrando em operação, estamos entrando em uma idade de ouro para mapear o cosmos.”