Tecnologia Científica

A nave espacial New Horizons responde à pergunta: quão escuro é o espaço?
Para medir esse brilho, os satélites astronômicos precisam escapar do sistema solar interno e de sua poluição luminosa, causada pela luz do sol refletida na poeira.
Por ESA / Centro de Informações Hubble - 12/01/2021


A ilustração deste artista mostra a nave espacial New Horizons da NASA no sistema solar externo. No fundo está o Sol e uma faixa brilhante representando a luz zodiacal, causada pela luz solar refletida na poeira. Ao viajar além do sistema solar interno e da poluição luminosa que a acompanha, a New Horizons foi capaz de responder à pergunta: quão escuro é o espaço? No canto inferior direito estão as estrelas de fundo da Via Láctea. Crédito: Joe Olmsted (STScI)

Quão escuro está o céu, e o que isso nos diz sobre o número de galáxias no universo visível? Os astrônomos podem estimar o número total de galáxias contando tudo o que é visível em um campo profundo do Hubble e, em seguida, multiplicando-os pela área total do céu. Mas outras galáxias são muito fracas e distantes para serem detectadas diretamente. No entanto, embora não possamos contá-los, sua luz inunda o espaço com um brilho fraco.

Para medir esse brilho, os satélites astronômicos precisam escapar do sistema solar interno e de sua poluição luminosa, causada pela luz do sol refletida na poeira. Uma equipe de cientistas usou observações da missão New Horizons da NASA a Plutão e ao Cinturão de Kuiper para determinar o brilho desse fundo óptico cósmico. Seu resultado estabelece um limite superior para a abundância de galáxias fracas e não resolvidas , mostrando que elas só chegam a centenas de bilhões, não 2 trilhões de galáxias como se acreditava anteriormente.

Quão escuro fica o espaço? Se você se afastar das luzes da cidade e olhar para cima, o céu entre as estrelas parece muito escuro. Acima da atmosfera da Terra, o espaço sideral escurece ainda mais, desbotando para uma escuridão total. E ainda assim, o espaço não é absolutamente negro. O universo tem um brilho fraco difuso de inúmeras estrelas e galáxias distantes.

Novas medições desse fraco brilho de fundo mostram que as galáxias invisíveis são menos abundantes do que alguns estudos teóricos sugeriram, numerando apenas centenas de bilhões ao invés dos dois trilhões de galáxias relatados anteriormente.

"É um número importante para saber - quantas galáxias existem?" disse Marc Postman, do Space Telescope Science Institute em Baltimore, Maryland, um dos principais autores do estudo. "Simplesmente não vemos a luz de dois trilhões de galáxias."

A estimativa anterior foi extrapolada de observações do céu muito profundo pelo telescópio espacial Hubble da NASA. Ele se baseou em modelos matemáticos para estimar quantas galáxias eram muito pequenas e fracas para o Hubble ver. Essa equipe concluiu que 90% das galáxias do universo estavam além da capacidade do Hubble de detectar na luz visível. As novas descobertas, que se basearam em medições da distante missão New Horizons da NASA, sugerem um número muito mais modesto.

"Pegue todas as galáxias que o Hubble pode ver, dobre esse número e é isso que vemos - mas nada mais", disse Tod Lauer, do NOIRLab da NSF, um dos principais autores do estudo.

Os resultados serão apresentados na quarta-feira, 13 de janeiro, em uma reunião da American Astronomical Society, aberta a participantes inscritos.
 
O fundo óptico cósmico que a equipe procurou medir é o equivalente em luz visível do fundo cósmico de micro-ondas mais conhecido - o fraco brilho residual do próprio big bang, antes que as estrelas existissem.

Esta foto mostra um fenômeno conhecido como luz zodiacal. No canto inferior esquerdo,
uma mancha brilhante se estende para o canto superior direito na direção de Júpiter, o
objeto brilhante à esquerda do centro. A luz zodiacal é causada pela luz do sol refletida em
minúsculas partículas de poeira no sistema solar interno - os restos desintegrados de
cometas e asteróides. As tentativas de medir como o espaço escuro está usando telescópios
como o Hubble foram frustradas por este brilho ambiente. Como resultado, os astrônomos
confiaram na distante nave espacial New Horizons da NASA para observar o céu livre da luz
zodiacal. O fundo tênue que mediram é o equivalente a ver a luz da geladeira de um vizinho
a um quilômetro de distância. Este panorama muito amplo e com várias imagens foi tirado
em outubro de 2014 no Canyon de Chelly National Monument, no nordeste do Arizona. A luz
zodiacal está à esquerda, com a Via Láctea do norte à direita. A constelação de Orion está
no canto superior direito. Júpiter é o objeto mais brilhante à esquerda do centro, enquanto
um objeto igualmente brilhante à direita (abaixo de Órion) é Sírio. M44 (o aglomerado de
Praesepe) está logo acima de Júpiter. No horizonte, um brilho amarelo marca a localização
da cidade vizinha de Chinle, Arizona. Crédito: Z. Levay

"Enquanto o fundo cósmico de microondas nos fala sobre os primeiros 450.000 anos após o big bang, o fundo óptico cósmico nos diz algo sobre a soma total de todas as estrelas que já se formaram desde então", explicou Postman. "Isso restringe o número total de galáxias que foram criadas e onde elas podem estar no tempo."

Por mais poderoso que seja o Hubble, a equipe não poderia usá-lo para fazer essas observações. Embora localizado no espaço, o Hubble orbita a Terra e ainda sofre com a poluição luminosa. O sistema solar interno está cheio de minúsculas partículas de poeira de asteróides e cometas desintegrados. A luz do sol reflete nessas partículas, criando um brilho chamado luz zodiacal que pode ser observado até mesmo por observadores do céu no solo.

Para escapar da luz zodiacal, a equipe teve que usar um observatório que escapou do sistema solar interno. Felizmente, a espaçonave New Horizons, que forneceu as imagens mais próximas de Plutão e do objeto Arrokoth do Cinturão de Kuiper, está longe o suficiente para fazer essas medições. À sua distância (mais de 4 bilhões de milhas quando essas observações foram feitas), a New Horizons experimenta um céu ambiente 10 vezes mais escuro do que o céu mais escuro acessível ao Hubble.

"Esse tipo de medição é extremamente difícil. Muitas pessoas tentam fazer isso há muito tempo", disse Lauer. "A New Horizons nos forneceu um ponto de vista vantajoso para medir o fundo óptico cósmico melhor do que qualquer um foi capaz de fazer."

A equipe analisou imagens existentes nos arquivos da New Horizons. Para descobrir o fraco brilho do fundo, eles tiveram que corrigir vários outros fatores. Por exemplo, eles subtraíram a luz das galáxias que deveriam existir, que são muito fracas para serem identificáveis. A correção mais desafiadora foi remover a luz das estrelas da Via Láctea que foi refletida na poeira interestelar para a câmera.

O sinal restante, embora extremamente fraco, ainda era mensurável. Postman comparou isso a viver em uma área remota, longe das luzes da cidade, deitado no seu quarto à noite com as cortinas abertas. Se um vizinho a uma milha abaixo na estrada abrisse sua geladeira procurando um lanche da meia-noite, e a luz de sua geladeira refletisse nas paredes do quarto, seria tão brilhante quanto o fundo que a New Horizons detectou.

Então, qual poderia ser a fonte desse brilho residual? É possível que uma abundância de galáxias anãs no universo relativamente próximo esteja além da detectabilidade. Ou os halos difusos de estrelas que circundam as galáxias podem ser mais brilhantes do que o esperado. Pode haver uma população de estrelas intergalácticas desonestas espalhadas por todo o cosmos. Talvez o mais intrigante seja que pode haver muito mais galáxias distantes e fracas do que as teorias sugerem. Isso significaria que a distribuição uniforme dos tamanhos das galáxias medidos até agora aumenta abruptamente logo além dos sistemas mais tênues que podemos ver - assim como há muito mais seixos em uma praia do que rochas.

O próximo telescópio espacial James Webb da NASA pode ajudar a resolver o mistério. Se a causa for fraca, galáxias individuais, então as observações de campo ultraprofundas de Webb devem ser capazes de detectá-las.

Este estudo foi aceito para publicação no The Astrophysical Journal .

 

.
.

Leia mais a seguir