NASA, ESA, H. Teplitz e M. Rafelski (IPAC / Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Arizona State University) e Z. Levay (STScI)
Astrônomos jogaram uma enorme quantidade de recursos em duas pequenas manchas no céu em busca das galáxias mais fracas e distantes.
Na constelação do norte da Ursa Menor encontra-se um pequeno e imperceptível pedaço de céu desprovido de estrelas ou galáxias proeminentes. Um remendo semelhante, gêmeo encontra-se no céu do sul na direção de Fornax. As duas regiões, conhecidas entre os astrônomos como os campos GOODS, não parecem muito à primeira vista. Mas não se engane – os campos redefiniram nossa compreensão do universo jovem.
Esse universo infantil parecia muito diferente do que é hoje. O universo vem se expandindo e evoluindo por bilhões de anos. O que deu origem à rica assembléia de galáxias de diferentes formas e tamanhos? As galáxias sempre se pareceram com o que são hoje? Para responder a essas perguntas, os astrônomos seguem uma receita simples: Observe galáxias muito distantes. Como a luz viaja a uma velocidade finita, vemos objetos distantes como eram no passado. Infelizmente, galáxias distantes são muito fracas.
E é aqui que os campos GOODS entram. Os astrônomos investiram uma grande quantidade de recursos nos campos para obter uma visão mais abrangente do passado. GOODS significa The Great Observatories Origins Deep Survey. “Criamos a sigla GOODS porque queríamos entregar as mercadorias”, brinca Mauro Giavalisco, astrônomo da Universidade de Massachusetts em Amherst.
A ideia para os campos não surgiu do nada. Como muitas outras histórias de sucesso na ciência, tudo começou com uma xícara de café.
O primeiro de todos: Hubble Deep Field
Em 1994, o Telescópio Espacial Hubble (HST) estava em foco. Pensando que teve um começo difícil, atormentado por espelhos defeituosos, depois que uma missão de serviço do ônibus espacial instalou a ótica corretiva, finalmente começou a produzir imagens nítidas de planetas, sistemas estelares e galáxias. Robert Williams, então diretor do Space Telescope Science Institute em Baltimore, passava todas as manhãs bebendo café e discutindo os últimos resultados científicos com um grupo de jovens cientistas. As primeiras imagens de galáxias do Hubble causaram uma impressão especialmente forte no grupo. Williams percebeu que, com um programa adequado, o HST poderia olhar mais para trás no tempo do que nunca. A ideia de um campo profundo – uma visão construída a partir de imagens que representam o equivalente a exposições extremamente longas – começou a surgir.
A ideia era arriscada: eles não sabiam o que esse campo profundo revelaria, se é que havia algo. E como o HST estava em alta demanda, seria difícil conseguir o tempo necessário para o programa por meio do processo normal de revisão por pares. Para tornar o projeto uma realidade, Williams fez alguns movimentos astutos. Como diretor, ele tinha o arbítrio de dedicar uma parte substancial do tempo de observação ao projeto. Além disso, ele decidiu tornar os dados públicos imediatamente após a aquisição, iniciando uma orgulhosa tradição dos chamados projetos de tesouraria.
No final de 1995, o HST observou um minúsculo ponto no céu por dez dias seguidos. A imagem combinada, conhecida como Hubble Deep Field, era espetacular. Uma área de cerca de 2,6 minutos de arco de um lado continha cerca de 3.000 galáxias, algumas delas emitindo luz quando o universo tinha menos de 2 bilhões de anos.
Mas por que parar com o Hubble Deep Field? O sucesso do programa rapidamente estimulou pensamentos de campos novos e mais profundos.
NASA, ESA e Z. Levay (STScI)
Todos recebem os PRODUTOS
Embora os astrônomos tenham designado vários campos profundos no céu ao longo do tempo, os campos GOODS se destacam devido à atenção repetida que receberam. Cada vez que os astronautas instalavam uma câmera nova e mais poderosa no HST, o telescópio era voltado para os campos para produzir imagens cada vez mais profundas. Raios-X, infravermelho e radiotelescópios passaram muitas horas olhando para os campos, assim como os maiores telescópios terrestres. O investimento de tempo nos dois campos, cada um com cerca de um quarto do tamanho da Lua Cheia, foi enorme.
A ideia de disponibilizar dados de alta qualidade imediatamente para todos incentivou os comitês a concederem enormes quantidades de tempo de observação e recursos para estudar os campos. “As observações públicas acabaram sendo o paradigma vencedor para a investigação da ciência do high redshift” diz Giavalisco.
As observações dos campos levaram a um grande número de estudos e resultados. Os cientistas tiveram uma visão clara de como as características da galáxia mudaram ao longo do tempo. “As pessoas pensavam que as primeiras galáxias eram grandes e difusas, mas, na verdade, elas eram pequenas e compactas”, diz Giavalisco. Descobriu-se que as galáxias formavam estrelas com mais entusiasmo no passado. Observações cuidadosamente pensadas dos campos descobriram muitas supernovas distantes, levando a um melhor entendimento da expansão acelerada do universo. As observações profundas de raios-X revelaram núcleos galácticos ativos distantes. A lista não tem fim.
Os campos também contêm algumas joias astrofísicas reais. Por exemplo, o campo GOODS do norte hospeda o objeto mais distante já descoberto: a galáxia chamada GN-z11 irradiava a luz que vemos hoje apenas 400 milhões de anos após o Big Bang.
NASA, ESA e P. Oesch (Yale University)
O JWST continua o legado
Sem surpresa, o longamente aguardado James Webb Space Telescope (JWST), cujo lançamento ocorreu em 25 de dezembro, também fará uma boa e longa análise dos campos GOODS. “Se alguém fosse decidir onde você poderia obter o máximo de seu dinheiro, seria nos campos GOODS, porque já existem tantas outras informações”, disse Marcia Rieke, astrônoma da Universidade do Arizona em Tuscon e investigadora principal do espectrógrafo NIRspec da JWST.
Rieke co-lidera o JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES), um grande programa que observará os dois campos GOODS por quase 800 horas. O telescópio usará simultaneamente dois instrumentos para adquirir imagens infravermelhas e espectros das galáxias nos campos.
O programa JADES continuará a busca para entender a evolução da galáxia. O JWST observará as galáxias mais distantes, talvez até as primeiras estrelas. Ele rastreará morfologias de galáxias ao longo do tempo e revelará a evolução química do universo. A origem intrigante de buracos negros supermassivos em um universo jovem também está na agenda do JWST.
Talvez a parte mais emocionante de olhar para os campos de GOODS seja o desconhecido. Cada vez que um novo instrumento ou telescópio olhava para os campos, coisas novas e inesperadas emergiam. Não há razão para acreditar que o mesmo não acontecerá com o JWST – e seus sucessores.
Publicado em 08/01/2022 22h32
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