Uma equipe de astrofísicos criou uma imagem simulada que mostra como o Telescópio Espacial Roman Nancy Grace poderia conduzir uma mega-exposição semelhante, mas muito maior do que a célebre imagem de campo ultraprofundo do Hubble. Essa observação do Hubble transformou nossa visão do universo primitivo, revelando galáxias que se formaram apenas algumas centenas de milhões de anos após o big bang.
“O Roman tem a capacidade única de visualizar áreas muito grandes do céu, o que nos permite ver os ambientes ao redor das galáxias no início do universo”, disse Nicole Drakos, pesquisadora de pós-doutorado da Universidade da Califórnia em Santa Cruz, que liderou o estudo. “Nosso estudo ajuda a demonstrar o que um campo ultraprofundo do Roman poderia nos dizer sobre o universo, ao mesmo tempo em que fornece uma ferramenta para a comunidade científica extrair o máximo valor de tal programa”.
Ao capturar a imagem do Hubble Ultra Deep Field, os astrônomos afastaram as cortinas cósmicas para revelar que uma pequena e aparentemente vazia fatia do céu estava repleta de milhares de galáxias, cada uma contendo bilhões de estrelas. A equipe do Hubble aproveitou o poder de um longo tempo de exposição – centenas de horas entre 2002 e 2012 – que permitiu ao telescópio coletar mais luz do que poderia em uma única e curta observação. A imagem resultante nos ajudou a ver mais de 13 bilhões de anos atrás no tempo.
O Ultra Deep Field do Hubble oferece uma janela incrível para o universo primitivo, mas extremamente estreita, cobrindo menos de um décimo milionésimo de todo o céu. A nova simulação mostra o poder do Roman de realizar uma observação semelhante em uma escala muito maior, revelando milhões de galáxias em vez de milhares. Embora um campo ultraprofundo do Roman seja tão nítido quanto o do Hubble e pareça igualmente distante no tempo, ele poderia revelar uma área 300 vezes maior, oferecendo uma visão muito mais ampla dos ecossistemas cósmicos.
“O Hubble Ultra Deep Field nos deu um vislumbre da juventude do universo, mas era muito pequeno para revelar muitas informações sobre como o cosmos realmente era naquela época como um todo”, disse Brant Robertson, professor de astronomia da Universidade da Califórnia. Santa Cruz e coautora do estudo. “É como olhar para uma única peça de um quebra-cabeça de 10.000 peças. O Roman poderia nos dar 100 peças de quebra-cabeça conectadas, oferecendo uma imagem muito melhor de como era o universo primitivo e abrindo novas oportunidades científicas.”
Para gerar sua imagem simulada de campo ultraprofundo do Roman, Drakos e co-autores criaram um catálogo sintético de galáxias, completo com informações detalhadas sobre cada uma. Ao fazer isso, a equipe criou essencialmente um universo simulado, baseando suas galáxias sintéticas em simulações de matéria escura e modelos baseados em observação. Eles disponibilizaram o catálogo de galáxias publicamente para que outros cientistas possam usá-lo para se preparar para futuras observações do Roman. A equipe também criou um site interativo onde os usuários podem ampliar e deslocar a imagem em resolução total.
Os resultados da equipe serão publicados no The Astrophysical Journal.
Olhando para longe
Os astrônomos geralmente têm que escolher entre tirar uma imagem rasa de área ampla e capturar uma imagem muito sensível e profunda, já que o tempo do telescópio é um bem precioso. Mas com o enorme campo de visão e a visão infravermelha do Roman, eles poderão espiar ao mesmo tempo, abrindo novos caminhos de exploração cósmica.
Drakos e coautores mostram que um programa de campo ultraprofundo do Roman poderia revelar mais de um milhão de galáxias espalhadas ao longo da história cósmica, desde galáxias muito jovens e pequenas apenas começando a formar estrelas até a era moderna, que apresenta muitas galáxias massivas, muitas vezes relativamente inativas. galáxias. Os cientistas seriam capazes de investigar como as galáxias passam da formação de muitas novas estrelas para este estágio mais silencioso, quando a formação de estrelas estiver completa.
As possíveis causas dessa metamorfose são atualmente mal compreendidas, mas o amplo poder de visão do Roman pode oferecer pistas sobre como o ambiente de uma galáxia, como sua localização em relação a outras galáxias ou aglomerados de galáxias, afeta sua formação estelar.
Galáxias em que a formação de estrelas terminou, conhecidas como galáxias quiescentes, são cada vez mais difíceis de encontrar quanto mais distantes no tempo os astrônomos olham.
“Não temos certeza se não detectamos galáxias quiescentes muito distantes porque elas não existem, ou simplesmente porque são muito difíceis de encontrar”, disse Drakos.
Drakos e co-autores mostraram que a capacidade do Roman de visualizar grandes trechos do universo distante e revelar objetos raros e fracos poderia ajudar os astrônomos a encontrar até 100.000 galáxias quiescentes, provavelmente incluindo algumas das mais distantes já descobertas. Os astrônomos também podem usar observações do Roman de campo ultraprofundo para determinar se as galáxias transitam da formação de estrelas para quiescentes de maneira diferente em diferentes eras cósmicas.
O fim da ‘idade das trevas’ cósmica
O trabalho da equipe mostra que o Roman pode iluminar nossa compreensão de um evento cósmico de muito tempo atrás chamado reionização. Logo após o big bang, o universo foi preenchido com um mar quente de plasma – partículas carregadas – que formaram um fluido denso e ionizado. À medida que o universo esfriava, as partículas foram capazes de se unir para formar átomos de hidrogênio, o que resultou em uma névoa de hidrogênio neutra. Isso marcou uma era chamada de “idade das trevas” cósmica, já que esse nevoeiro impedia que comprimentos de onda mais curtos de luz, que podem ter sido emitidos por jovens, formando galáxias ou quasares, viajassem muito longe.
Mas então os átomos de hidrogênio neutros se separaram, retornando a partículas carregadas em uma época de reionização. A neblina se dissipou, transformando o universo de quase opaco para a brilhante paisagem estelar que vemos hoje. Descobertas do Telescópio Espacial Spitzer da NASA sugerem que as primeiras galáxias liberaram quantidades extremamente altas de radiação ionizante – luz ultravioleta, raios X e raios gama – o que poderia ter interrompido a névoa de hidrogênio.
Um programa de campo ultraprofundo do Roman poderia avançar nossa compreensão da época da reionização, revelando imagens amplas contendo mais de 10.000 galáxias desta era cósmica relativamente breve, que aconteceu em algum momento entre quando o universo tinha cerca de 600 milhões a 900 milhões de anos, e uma visão detalhada dos ambientes ao redor dessas galáxias. Isso pode ajudar os cientistas a entender o que causou a reionização, quando exatamente aconteceu e se sua ocorrência foi uniforme ou irregular.
Roman também tem o poder de revelar como as galáxias e aglomerados de galáxias – que formam algumas das maiores estruturas do universo – evoluíram ao longo do tempo. Os cientistas pensam que as galáxias nasceram dentro de grandes aglomerados esféricos de matéria escura chamados halos. Observações indicam que a luminosidade de cada galáxia, ou brilho absoluto, está ligada à massa do halo de matéria escura em que ela reside. Ao criar uma imagem de campo ultraprofundo, Roman poderia ajudar os astrônomos a entender melhor essa conexão. Isso tem implicações não apenas para a formação de galáxias, mas também para o modelo cosmológico padrão – o modelo teórico de como o universo evolui – que inclui um parâmetro de aglomeração de matéria escura.
“O Roman poderia iluminar tantos mistérios cósmicos em apenas algumas centenas de horas de observação”, disse Bruno Villasenor, estudante de pós-graduação da Universidade da Califórnia em Santa Cruz e coautor do estudo. “É incrível pensar que ninguém sabia ao certo se existiam outras galáxias até cerca de cem anos atrás. Agora, o Roman nos oferece a oportunidade de observar milhares das primeiras galáxias que apareceram no início do universo.”
Publicado em 15/01/2022 12h37
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