Como radiotelescópios nos mostram galáxias invisíveis

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Nosso universo é estranho, maravilhoso e vasto, diz a astrônoma Natasha Hurley-Walker. Uma nave espacial não pode levá-lo em suas profundida...

Nosso universo é estranho, maravilhoso e vasto, diz a astrônoma Natasha Hurley-Walker. Uma nave espacial não pode levá-lo em suas profundidades (ainda), mas um radiotelescópio pode. Nesta palestra hipnotizante e cheia de imagens, Hurley-Walker mostra como ela investiga os mistérios do universo usando tecnologia especial que revela espectros de luz que não podemos ver.

Espaço, a fronteira final.

Ouvi essas palavras quando tinha apenas seis anos de idade, e fui completamente inspirada. Queria explorar novos mundos estranhos. Queria procurar por vida nova. Queria ver tudo que o universo tinha a oferecer. E esses sonhos, essas palavras, guiaram-me em uma jornada, uma jornada de descobrimento, através da escola, da universidade, a fazer um PhD e finalmente a tornar-me uma astrônoma. Bem, aprendi duas coisas incríveis, uma um pouco infeliz quando estava fazendo meu PhD. Aprendi que a realidade era que não iria pilotar uma nave estelar tão cedo. Mas também aprendi que o universo é estranho, maravilhoso e vasto, na realidade, vasto demais para ser explorado por uma nave. Assim, tornei a minha atenção para a astronomia, no uso de telescópios.


Bem, essa é uma imagem do céu noturno. É possível vê-lo em qualquer lugar do mundo. E todas essas estrelas fazem parte da nossa galáxia, a Via Láctea. Então, se você fosse para uma parte mais escura do céu, um bom local escuro, talvez no deserto, poderia ver o centro da Via Lactéa espalhado diante de você, centenas de bilhões de estrelas. E é uma visão muito bonita. É colorido. E novamente, isso é apenas um recanto do nosso universo. Você pode ver que há uma espécie de poeira escura estranha sobre ele. Bem, isso é poeira local obstruindo a luz das estrelas. Mas podemos fazer um bom trabalho. Só com nossos olhos, podemos explorar nosso pequeno recanto do universo. É possível fazer melhor. Podemos usar telescópios maravilhosos como o Telescópio Espacial Hubble. Astrônomos juntaram essa imagem. É chamada Campo Profundo do Hubble, e passaram centenas de horas observando apenas um minúsculo trecho do céu, não maior do que a unha do seu polegar. E nessa imagem você pode ver milhares de galáxias e nós sabemos que deve haver centenas de milhões, bilhões de galáxias em todo o universo, algumas parecidas com a nossa e outras muito diferentes. Então você pensa: "Certo, posso continuar essa jornada. É fácil, posso apenas usar um telescópio muito potente e olhar para o céu, sem problemas". Na verdade, algo estará faltando se fizermos apenas isso. Isso é porque tudo que falei até agora é apenas usando o espectro visível, só aquilo que seus olhos podem ver. E isso é uma fatia muitíssimo minúscula do que o universo tem a nos oferecer. Existem também dois grandes problemas em usar luz visível. Não só estamos perdendo todos os outros processos que estão emitindo outros tipos de luz, mas há duas questões.

Bem, a primeira é aquela poeira que mencionei anteriormente. Ela impede que a luz visível chegue até nós. Logo, quanto mais profundamente olhamos o universo, vemos menos luz. A poeira a detém. Mas há um problema realmente estranho em usar luz visível a fim de tentar e explorar o universo.

Agora, faça uma pausa por um minuto. Digamos que você esteja na esquina de uma rua movimentada. Há carros circulando. Uma ambulância se aproxima. Ela possui uma sirene aguda.

(Imita som de uma sirene passando)

A sirene pareceu mudar de tom enquanto passava e se afastava de você. O motorista não mudou a sirene apenas para brincar com você. Isso foi um produto da sua percepção. As ondas sonoras, quando a ambulância se aproximava, foram comprimidas, e tornaram-se mais agudas. Com a ambulância recuando, as ondas sonoras foram esticadas e soaram mais graves. O mesmo acontece com a luz. Objetos movendo-se na nossa direção, têm suas ondas de luz comprimidas e parecem mais azuis. Objetos movendo-se para longe de nós, têm suas ondas esticadas, e parecem mais vermelhos. Chamamos esses efeitos de desvio para o azul ou vermelho.

Bem, nosso universo está se expandindo, então tudo está se afastando de tudo, significando que tudo parece ser vermelho. E por incrível que pareça, quando olhamos mais profundamente no universo, objetos distantes estão se afastando ainda mais e mais rapidamente, então eles aparecem mais vermelhos. Assim, se voltássemos para o Campo Profundo do Hubble e se fôssemos continuar a olhar minuciosamente o universo apenas usando o Hubble, à medida em que chegamos a uma certa distância, tudo se torna vermelho e isso constitui um problema. Chegamos tão longe, por fim, que tudo é deslocado para o infravermelho e não podemos ver nada.

Deve haver um modo de contornar isso, senão, estou limitada em minha jornada. Eu queria explorar o universo inteiro, não apenas o que posso ver, antes do desvio para o vermelho aparecer. Existe uma técnica. É chamada radioastronomia. Os astrônomos a vêm usando há décadas. É uma técnica fantástica. Este é o Radiotelescópio Parkes, carinhosamente chamado de "A Antena"; talvez tenham visto o filme. E rádio é realmente brilhante. Permite-nos olhar muito mais profundamente. Não é retido por poeira, de tal forma que é possível ver tudo no universo e não se tem o desvio para o vermelho, pois podemos construir receptores que recebem em uma ampla faixa.

Então, o que o Parkes vê quando o voltamos para o centro da Via Láctea? Deveríamos ver algo fantástico, certo? Bem, de fato vemos algo interessante. Toda aquela poeira se foi. Como mencionei, rádio passa direto pela poeira, não é um problema. Mas a visão é muito diferente. Podemos ver que o centro da Via Láctea é iluminado e isso não é luz das estrelas. Essa é uma luz chamada radiação síncrotron e é formada por elétrons espiralando em torno de campos magnéticos cósmicos. Então, o plano é iluminado com essa luz. E também podemos ver estranhos tufos saindo dela e objetos que não parecem se alinhar com nada que podemos ver com nossos olhos. Mas é difícil interpretar essa imagem, porque, como pode ver, possui baixa resolução. Ondas de rádio têm comprimento de onda longo e isto faz sua resolução mais baixa. Essa imagem também está em preto e branco, então realmente não sabemos qual é a cor de tudo aqui.

Bem, voltando para o agora, podemos construir telescópios que podem superar esses problemas. Essa é uma imagem do Observatório Radioastronômico de Murchison, um lugar perfeito para construir radiotelescópios. É plano, seco e mais importante, não há sinais de rádio. Sem celulares, sem Wi-Fi, nada. Sem sinal algum de rádio, logo, um lugar perfeito para construir um radiotelescópio. O telescópio que tenho trabalhado por alguns anos chama-se Murchison Widefield Array (MWA) e vou mostrar um vídeo dele sendo construído. Esse é um grupo de graduandos e pós-graduandos localizado em Perth. São chamados de Exército Estudantil e eles se voluntariaram para construir o telescópio. Não há crédito-aula para isso. E eles estão colocando esses rádio dipolos. Eles apenas recebem baixas frequências, um pouco como o rádio e a televisão. Aqui estamos posicionando-os pelo deserto. O último telescópio cobre dez quilômetros quadrados do deserto australiano ocidental. E o interessante é que não há partes móveis. Apenas posicionamos essas pequenas antenas essencialmente em telas de arame. É muito barato. Os cabos capturam os sinais das antenas e os trazem para unidades centrais de processamento. E é pelo tamanho do telescópio e o fato de ter sido construído em todo o deserto que nos dá uma melhor resolução do que o Parkes.

Por fim, todos esses cabos são trazidos para uma unidade que envia os dados para um supercomputador aqui em Perth e é aí que eu entro.

(Suspiro)

Dados de rádio. Passei os últimos cinco anos trabalhando com dados bem difíceis e interessantes que ninguém havia visto anteriormente. Passei um longo tempo calibrando-os, executando milhões de horas em supercomputadores e realmente tentando entender esses dados. E com esse telescópio, esses dados, temos realizado uma pesquisa de todo o céu do Sul, o Rastreio Galáctico e Extragaláctico de todo o céu pelo MWA ou GLEAM, como eu o chamo. E estou muito empolgada. Essa pesquisa está prestes a ser publicada, mas ainda nada foi mostrado, então vocês serão os primeiros a ver essa pesquisa de todo o céu do Sul. Estou encantada de compartilhar algumas imagens dessa pesquisa.

Imagine que você foi a Murchison, acampou debaixo das estrelas e olhou para o Sul. Você viu o polo celeste do Sul, o amanhecer da galáxia. Se mudarmos para a luz de rádio, isso é o que observamos com nossa pesquisa. O plano galáctico não está mais obstruído com poeira. Está radiante com a radiação síncrotron e milhares de pontos estão no céu. Nossa Grande Nuvem de Magalhães, nossa vizinha galáctica mais próxima, está laranja em vez de seu familiar branco azulado.

Então, há muito acontecendo nisso; vamos olhar mais de perto. Se olharmos em direção ao centro galáctico, onde nós, originalmente, vimos as imagens de Parkes que mostrei, baixa resolução, preto e branco e mudarmos para a visão GLEAM, podemos ver que a resolução melhorou por um fator de 100. Temos agora uma visão colorida do céu, uma visão multicolorida. Veja, isso não são cores falsas. Estas são cores reais de rádio. Colori as baixas frequências em vermelho, e as altas frequências em azul e frequências medianas em verde. E isso nos dá essa visão do arco-íris. E isso não é apenas cor falsa. As cores nessa imagem nos mostram processos físicos acontecendo no universo. Por exemplo, se olharmos ao longo do plano da galáxia, está radiante com síncrotron, que é principalmente laranja avermelhado, mas se olharmos atentamente, vemos pontos azuis. Agora, se dermos um zoom, esses pontos azuis são plasma ionizado ao redor de estrelas muito brilhantes, e eles bloqueiam a luz vermelha, então eles aparecem azuis. E isso nos diz sobre essas regiões formadoras de estrelas em nossa galáxia. E nós os vemos imediatamente. Olhamos para a galáxia e a cor nos diz que eles estão lá.

Vemos pequenas bolhas de sabão, pequenas imagens circulares em torno do plano galáctico e esses são restos de supernovas. Quando uma estrela explode, sua camada externa é arremessada e viaja para fora do espaço recolhendo material, produzindo uma pequena camada. Tem sido um mistério de longa data para os astrônomos a localização dos restos de supernovas. Sabemos que devem existir muitos elétrons de alta energia no plano para produzir a radiação de síncrotron que vemos e cremos que sejam produzidos por restos de supernovas, mas não parece ser o suficiente. Felizmente, o GLEAM é muito bom em detectar os restos de supernovas, e esperamos ter um novo artigo sobre isso logo.

Exploramos nosso pequeno universo local, porém eu queria ir mais a fundo e mais longe. Queria ir além da Via Láctea. Bem, por acaso, há um objeto muito interessante no canto direito e isso é uma radiogaláxia local, a Centauro A. Se dermos um zoom, podemos ver que há duas plumas saindo para o espaço. E se você olhar bem no centro, entre essas duas plumas, verá uma galáxia parecida com a nossa. É uma espiral e possui um faixa de poeira. É uma galáxia normal. Mas esses jatos são apenas visíveis no rádio. Se olhássemos no visível, nem saberíamos que estão lá e são milhares de vezes maiores do que a galáxia hospedeira.

O que está acontecendo e produzindo esses jatos? No centro de cada galáxia que conhecemos está um buraco negro supermassivo. Buracos negros são invisíveis, por isso são chamados assim. Tudo que podemos ver é o desvio da luz em torno deles e às vezes, quando uma estrela ou uma nuvem de gás entra em sua órbita, são destruídas por forças de marés, formando o que chamamos de disco de acreção. Esse disco brilha intensamente nos raios-x e enormes campos magnéticos podem lançar o material no espaço próximo à velocidade da luz. Esses jatos são visíveis no rádio e isso é o que descobrimos com nossa pesquisa.

Bem, então vimos uma radiogaláxia. Isso é bom. Mas se olharmos no topo da imagem, veremos outra radiogaláxia. É um pouco menor porque está mais longe. Certo: duas radiogaláxias. Podemos vê-las e isso é bom. Bem, e todos os outros pontos? Supõe-se que sejam apenas estrelas. Eles não são. Todos são radiogaláxias. Cada um dos pontos nesta imagem é uma galáxia distante, milhões a bilhões de anos-luz de distância com um buraco negro supermassivo no centro empurrando material para o espaço próximo à velocidade da luz. É impressionante. E essa pesquisa é ainda maior do que mostrei aqui. Se olharmos para toda a extensão da pesquisa, veremos que encontrei 300 mil radiogaláxias. Então, realmente é uma jornada épica. Descobrimos todas essas galáxias de volta aos primeiros buracos negros supermassivos. Estou muito orgulhosa e isso será publicado semana que vem.

Bem, isso não é tudo. Explorei os alcances mais distantes da galáxia com essa pesquisa, mas há algo a mais nesta imagem. Agora, vou levá-lo de volta à aurora dos tempos. Quando o universo se formou, foi um grande estrondo, o qual deixou o universo como um mar de hidrogênio neutro. E quando as primeiras estrelas e galáxias se acenderam, elas ionizaram aquele hidrogênio. Assim, o universo passou de neutro a ionizado. Isso marcou um sinal ao nosso redor. Por toda parte, ela nos invade, como a Força. Como isso aconteceu há muito tempo, o sinal foi desviado para o vermelho, então agora aquele sinal está em frequências muito baixas, na mesma frequência que minha pesquisa, mas está muito fraco. É um bilionésimo do tamanho de quaisquer objetos em minha pesquisa. Assim, nosso telescópio pode não ser sensível o bastante pra captar esse sinal. No entanto, há um novo radiotelescópio. Então, não posso ter uma nave estelar, mas espero ter um dos maiores radiotelescópios do mundo. Estamos construindo um novo telescópio, o Square Kilometre Array e será mil vezes maior do que o MWA, mil vezes mais sensível e terá uma resolução ainda melhor. Encontraremos dezenas de milhões de galáxias. E talvez, no fundo desse sinal, vou conseguir olhar para as primeiras estrelas e galáxias se acendendo, o começo do próprio tempo.

Obrigada.

(Aplausos)

Fonte: TED
[Visto no Brasil Acadêmico]

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