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Colaboração "Frontier Fields": por onde espreitam as galáxias primordiais


Esta imagem do enxame galáctico Abell 2744, também chamado Enxame de Pandora, foi obtida pelo Telescópio Espacial Spitzer. O enxame também está a ser estudado pelo Telescópio Espacial Hubble e pelo Observatório de raios-X Chandra numa colaboração chamada Frontier Fields.
Crédito: NASA/JPL-Caltech

Na busca constante pelas primeiras galáxias do Universo, o Telescópio Espacial Spitzer da NASA concluiu as suas observações para a colaboração Frontier Fields. Este projeto ambicioso combinou o poder de todos os três grandes observatórios da NASA - o Spitzer, o Telescópio Espacial Hubble e o Observatório de raios-X Chandra - para ver para trás no tempo e espaço tanto quanto a tecnologia atual permite.

Mesmo com os melhores telescópios da atualidade, é difícil recolher luz suficiente das primeiras galáxias, localizadas a mais de 13 mil milhões de anos-luz de distância, a fim de aprender o máximo possível sobre elas além da sua distância estimada. Mas os cientistas dispõem de uma ferramenta de proporções cósmicas para ajudar nos seus estudos. A gravidade exercida por gigantescos enxames de galáxias no pano da frente curva e amplia a luz de objetos de fundo mais distantes, com efeito criando lentes de zoom cósmicas. Este fenômeno tem o nome de lente gravitacional.

As observações do programa Frontier Fields usaram as mais fortes lentes de zoom disponíveis visando seis dos mais massivos aglomerados galácticos conhecidos. Essas lentes podem ampliar pequenas galáxias de fundo, no máximo, até um fator de cem. Com os dados do Spitzer, juntamente com os do Chandra e Hubble, os astrônomos vão aprender detalhes sem precedentes sobre as primeiras galáxias.

"O Spitzer terminou as observações do Frontier Fields e estamos muito animados por divulgar todos estes dados à comunidade astronômica," afirma Peter Capak, cientista do Centro de Ciência Spitzer da NASA/JPL em Caltech, Pasadena, no estado norte-americano da Califórnia, e líder do projeto Frontier Fields do Spitzer.

Um artigo recentemente publicado na revista Astronomy & Astrophysics divulgou os dados do catálogo completo para dois dos seis enxames galácticos estudados pelo programa Frontier Fields: Abell 2744 - com a alcunha de Enxame de Pandora - e MACS J0416, ambos localizados a aproximadamente 4 mil milhões de anos-luz de distância. Os outros enxames galácticos selecionados para o Frontier Fields são RXC J2248, MACS J1149, MACS J0717 e Abell 370.

Os astrônomos ávidos vão pesquisar os catálogos Frontier Fields em busca dos mais ténues e pequenos objetos ampliados, muitos dos quais devem provar ser as galáxias mais distantes já vislumbradas. A detentora atual do recorde, uma galáxia chamada GN-z11, foi anunciada em março por investigadores do Hubble e está a uma incrível distância de 13,4 mil milhões de anos-luz, apenas algumas centenas de milhões de anos-luz após o Big Bang. A descoberta desta galáxia não necessitou da ajuda de lentes gravitacionais porque é um "outlier" extremamente brilhante para a sua época. Com a ajuda da ampliação fornecida pelas lentes gravitacionais, o projeto Frontier Fields vai permitir com que os investigadores estudem objetos típicos a estas distâncias surpreendentes, pintando um quadro mais preciso e completo das primeiras galáxias do Universo.

Os astrônomos querem compreender como é que estas galáxias primordiais surgiram, como é que a sua massa constituinte se desenvolveu em estrelas e como essas estrelas enriqueceram as galáxias com os elementos químicos fundidos nas suas fornalhas termonucleares. Para aprender mais sobre a origem e evolução das primeiras galáxias, que são muito ténues, os astrônomos precisam de recolher o máximo de luz possível através de uma vasta gama de frequências. Com luz suficiente dessas galáxias, os astrônomos podem realizar espectroscopia e examinar os elementos químicos impressos na luz, obtendo assim detalhes sobre a composição, temperatura e ambiente das estrelas.

"Com a abordagem do Frontier Fields," comenta Capak, "as galáxias mais remotas e fracas tornam-se brilhantes o suficiente para começarmos a dizer algumas coisas específicas sobre elas, como por exemplo as histórias de formação estelar."

Dado que o Universo se expandiu ao longo da sua história de 13,8 mil milhões de anos, a luz de objetos extremamente distantes foi esticada, ou apresenta um desvio para o vermelho, na sua longa viagem até à Terra. A luz visível emitida pelas estrelas nas galáxias de fundo e ampliada pelas lentes gravitacionais tem, portanto, um desvio para o infravermelho. O Spitzer pode usar esta radiação infravermelha para medir os tamanhos da população de estrelas numa galáxia, o que por sua vez nos fornece pistas sobre a massa da galáxia. A combinação da luz vista pelo Spitzer e pelo Hubble permite com que os astrônomos identifiquem galáxias na fronteira do Universo observável.

O Hubble, entretanto, verifica os enxames galácticos do programa no visível e no infravermelho próximo, cuja radiação foi desviada para o ultravioleta durante a sua viagem para a Terra. O Chandra, por sua vez, observa os enxames de galáxias em primeiro plano em raios-X altamente energéticos emitidos por buracos negros e gás quente ambiente. Juntamente com o Spitzer, os telescópios espaciais determinam as massas dos enxames, incluindo o seu conteúdo invisível, mas substancial, de matéria escura. A determinação exata da massa total dos enxames é um passo fundamental na quantificação da ampliação e distorção que produzem sobre as galáxias de fundo que nos interessam. Os resultados recentes em vários comprimentos de onda, no que toca aos enxames MACS J0416 e MACS J0717, foram publicados em outubro de 2015 e fevereiro de 2016. Estes resultados também aproveitaram observações rádio, obtidas com o VLA (Karl G. Jansky Very Large Array), de regiões de formação estelar de outra forma escondidas por gás e poeira.

A colaboração Frontier Fields inspirou cientistas envolvidos no esforço à medida que olham em frente para aprofundar cada vez mais o Universo com o Telescópio Espacial James Webb, com lançamento previsto para 2018.

"O Frontier Fields tem sido um projeto totalmente liderado pela comunidade, ao contrário dos outros inúmeros projetos desta magnitude," afirma Lisa Storrie-Lombardi do Centro de Ciência Spitzer, também pertencente ao projeto Frontier Fields. "As pessoas juntaram-se e realmente abraçaram o Frontier Fields."

Além dos seis enxames galácticos do Frontier Fields, o Spitzer fez observações de acompanhamento de outros campos ligeiramente menos profundos que o Hubble já vislumbrou, expandindo o número total de regiões cósmicas onde já foram recolhidas observações bastante profundas. Estes campos adicionais servirão ainda como áreas ricas de investigação por parte do Webb e futuros instrumentos.

FONTE: http://www.ccvalg.pt/

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