Instrumento Espectroscópico de Energia Escura cria o maior mapa 3D do Cosmos

 Caros Leitores;

Trilhas de estrelas sobre o telescópio de 4 metros Nicholas U. Mayall no Observatório Nacional Kitt Peak perto de Tucson, Arizona. Crédito: KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/P. Marenfeld

O Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) encerrou os primeiros sete meses de sua pesquisa, quebrando todos os registros anteriores de pesquisas tridimensionais de galáxias, criando o maior e mais detalhado mapa do universo de todos os tempos. No entanto, é apenas cerca de 10% do caminho através de sua missão de cinco anos. Uma vez concluído, esse mapa 3D fenomenalmente detalhado proporcionará uma melhor compreensão da energia escura e, assim, dará aos físicos e astrônomos uma melhor compreensão do passado – e futuro – do universo. Enquanto isso, o impressionante desempenho técnico e as conquistas literalmente cósmicas da pesquisa até agora estão ajudando os cientistas a revelar os segredos das fontes de luz mais poderosas do Universo.

O DESI é uma colaboração científica internacional gerenciada pelo Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab) com financiamento primário para construção e operações do Escritório de Ciências do DOE.

Os cientistas do DESI estão apresentando o desempenho do instrumento e alguns resultados iniciais da astrofísica, esta semana em um webinar organizado pelo Berkeley Lab chamado CosmoPalooza, que também apresentará atualizações de outros experimentos cosmológicos líderes.

"Há muita beleza nisso", disse o cientista do Berkeley Lab, Julien Guy, um dos palestrantes. "Na distribuição das galáxias no mapa 3D, existem enormes aglomerados, filamentos e vazios. Eles são as maiores estruturas do universo . Mas dentro deles, você encontra uma marca do universo primitivo e a história de sua expansão desde então".

O DESI percorreu um longo caminho para chegar a este ponto. Originalmente proposto há mais de uma década, a construção do instrumento começou em 2015. Ele foi instalado no telescópio Nicholas U. Mayall de 4 metros no Observatório Nacional Kitt Peak, perto de Tucson, Arizona. O Observatório Nacional Kitt Peak é um programa do NOIRLab da National Science Foundation (NSF), com o qual o Departamento de Energia contrata para operar o Telescópio Mayall para a pesquisa DESI. O instrumento viu a primeira luz no final de 2019. Então, durante sua fase de validação, a pandemia de coronavírus atingiu, desligando o telescópio por vários meses, embora alguns trabalhos continuassem remotamente. Em dezembro de 2020, o DESI voltou os olhos para o céu novamente, testando seu hardware e software e, em maio de 2021, estava pronto para iniciar sua pesquisa científica.

Mas o trabalho no próprio DESI não terminou quando a pesquisa começou. "É um trabalho constante para fazer este instrumento funcionar", disse o físico Klaus Honscheid, da Ohio State University, um cientista de instrumentos no projeto, que entregará o primeiro artigo da sessão CosmoPalooza DESI. Honscheid e sua equipe garantem que o instrumento funcione de forma suave e automática, idealmente sem qualquer entrada durante a observação noturna. "O feedback que recebo dos observadores noturnos é que os turnos são chatos, o que considero um elogio", disse ele.

Mas essa produtividade monótona requer um controle incrivelmente detalhado sobre cada um dos 5.000 robôs de ponta que posicionam as fibras ópticas no instrumento DESI, garantindo que suas posições sejam precisas em 10 mícrons. "Dez mícrons é minúsculo", disse Honscheid. "É menor que a espessura de um fio de cabelo humano. E você tem que posicionar cada robô para coletar a luz de galáxias a bilhões de anos-luz de distância. Toda vez que penso nesse sistema, me pergunto como poderíamos fazer isso? o sucesso do DESI como instrumento é algo para se orgulhar".

Vendo as verdadeiras cores da energia escura

Esse nível de precisão é necessário para realizar a tarefa principal da pesquisa: coletar imagens detalhadas do espectro de cores de milhões de galáxias em mais de um terço de todo o céu. Ao decompor a luz de cada galáxia em seu espectro de cores, o DESI pode determinar o quanto a luz foi desviada para o vermelho – esticada em direção à extremidade vermelha do espectro pela expansão do universo durante os bilhões de anos que viajou antes de chegar à Terra. . São esses desvios para o vermelho que permitem ao DESI ver a profundidade do céu.

Quanto mais desviado para o vermelho o espectro de uma galáxia é, em geral, mais distante ela está. Com um mapa 3D do cosmos em mãos, os físicos podem mapear aglomerados e superaglomerados de galáxias. Essas estruturas carregam ecos de sua formação inicial, quando eram apenas ondulações no cosmos infantil. Ao provocar esses ecos, os físicos podem usar os dados do DESI para determinar o histórico de expansão do universo.

"Nosso objetivo científico é medir a impressão das ondas no plasma primordial", disse Guy. “É surpreendente que possamos realmente detectar o efeito dessas ondas bilhões de anos depois, e tão cedo em nossa pesquisa”.

Compreender a história da expansão é crucial, com nada menos que o destino de todo o universo em jogo. Hoje, cerca de 70% do conteúdo do universo é energia escura, uma misteriosa forma de energia que impulsiona a expansão do universo cada vez mais rápido. À medida que o universo se expande, mais energia escura surge, o que acelera mais a expansão, em um ciclo que está elevando cada vez mais a fração de energia escura no universo. A energia escura acabará por determinar o destino do universo: ela se expandirá para sempre? Será que ele entrará em colapso novamente, em um Big Bang ao contrário? Ou ele vai se rasgar sozinho? Responder a essas perguntas significa aprender mais sobre como a energia escura se comportou no passado – e é exatamente para isso que o DESI foi projetado. E comparando a história da expansão com a história do crescimento, os cosmólogos podem verificar se a teoria da relatividade geral de Einstein se mantém nesses imensos períodos de espaço e tempo.

Buracos negros e galáxias brilhantes

Mas entender o destino do universo terá que esperar até que o DESI complete mais de sua pesquisa. Enquanto isso, o DESI já está promovendo avanços em nossa compreensão do passado distante, há mais de 10 bilhões de anos, quando as galáxias ainda eram jovens.

"É incrível", disse Ragadeepika Pucha, estudante de pós-graduação em astronomia da Universidade do Arizona que trabalha no DESI. "DESI vai nos contar mais sobre a física da formação e evolução das galáxias".

Pucha e seus colegas estão usando dados do DESI para entender o comportamento de buracos negros de massa intermediária em pequenas galáxias. Acredita-se que enormes buracos negros habitam os núcleos de quase todas as grandes galáxias, como a nossa Via Láctea. Mas ainda não se sabe se as pequenas galáxias sempre contêm seus próprios buracos negros (menores) em seus núcleos. Buracos negros por conta própria podem ser quase impossíveis de encontrar, mas se atraírem material suficiente, eles se tornam mais fáceis de detectar.

Um slide através do mapa 3-D de galáxias da pesquisa SDSS concluída (esquerda) e dos primeiros meses da pesquisa DESI (direita). A Terra está no centro, com as galáxias mais distantes traçadas a distâncias de 10 bilhões de anos-luz. Essas galáxias são selecionadas do mapa 2-D construído pelos levantamentos de imagem. Cada ponto representa uma galáxia. Crédito: equipe de colaboração do DESI

Quando gás, poeira e outros materiais que caem no buraco negro aquecem (até temperaturas mais altas que o núcleo de uma estrela) em seu caminho, um núcleo galáctico ativo (AGN) é formado. Em grandes galáxias, os AGNs estão entre os objetos mais brilhantes do universo conhecido. Mas em galáxias menores, os AGNs podem ser muito mais fracos e mais difíceis de distinguir de estrelas recém-nascidas. Os espectros obtidos pelo DESI podem ajudar a resolver esse problema - e seu amplo alcance no céu fornecerá mais informações sobre os núcleos de pequenas galáxias do que nunca. Esses núcleos, por sua vez, darão aos cientistas pistas sobre como os AGNs brilhantes se formaram no universo inicial.

Quasares - uma variedade particularmente brilhante de galáxias - estão entre os objetos mais brilhantes e distantes conhecidos. “Gosto de pensar neles como postes de luz, olhando para trás no tempo na história do universo”, disse Victoria Fawcett, estudante de pós-graduação em astronomia da Universidade de Durham, no Reino Unido. Os quasares são excelentes sondas do universo primitivo por causa de seu poder absoluto; Os dados do DESI voltarão no tempo 11 bilhões de anos.

Fawcett e seus colegas estão usando dados do DESI para entender a evolução dos próprios quasares. Pensa-se que os quasares começam rodeados por um envelope de poeira, que avermelha a luz que emitem, como o sol através da neblina. À medida que envelhecem, eles expulsam essa poeira e ficam mais azuis. Mas tem sido difícil testar essa teoria, devido à escassez de dados sobre quasares vermelhos. O DESI está mudando isso, encontrando mais quasares do que qualquer pesquisa anterior, com uma estimativa de 2,4 milhões de quasares esperados nos dados finais da pesquisa.

"DESI é realmente ótimo porque está captando objetos muito mais fracos e muito mais vermelhos", disse Fawcett. Isso, ela acrescenta, permite que os cientistas testem ideias sobre a evolução dos quasares que simplesmente não podiam ser testadas antes. E isso não se limita apenas aos quasares. "Estamos encontrando muitos sistemas exóticos, incluindo grandes amostras de objetos raros que não pudemos estudar em detalhes antes", disse Fawcett.

Há mais por vir para o DESI. A pesquisa já catalogou mais de 7,5 milhões de galáxias e está adicionando mais a uma taxa de mais de um milhão por mês. Somente em novembro de 2021, o DESI catalogou redshifts de 2,5 milhões de galáxias. Até o final de sua execução em 2026, espera-se que o DESI tenha mais de 35 milhões de galáxias em seu catálogo, permitindo uma enorme variedade de pesquisas em cosmologia e astrofísica.

"Todos esses dados estão lá, esperando para serem analisados", disse Pucha. "E então vamos encontrar tantas coisas incríveis sobre galáxias. Para mim, isso é emocionante".

Explorar mais

Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) inicia pesquisa de 5 anos

Fornecido pelo Laboratório Nacional Lawrence Berkeley

Fonte: Phys News / por Lawrence Berkeley National Laboratory / 13-01-2022

https://phys.org/news/2022-01-dark-energy-spectroscopic-instrument-largest.html 

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Hélio R.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso (EAD) de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).

Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas”.

Acompanha e divulga os conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration), ESA (European Space Agency) e outras organizações científicas e tecnológicas.

Participa do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela NASA. A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.

Participa também do projeto The Globe Program / NASA Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e U.S Department of State.

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