Como o Telescópio Espacial Romano da NASA vai retroceder o Universo

Uma nova simulação mostra como o Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA voltará o relógio cósmico, revelando o universo em evolução de maneiras que nunca foram possíveis antes quando for lançado em maio de 2027. 

Nesta visão simulada do cosmos profundo, cada ponto representa uma galáxia. Os três pequenos quadrados mostram o campo de visão do Hubble, e cada um revela uma região diferente do universo sintético. Roman será capaz de pesquisar rapidamente uma área tão grande quanto toda a imagem reduzida, o que nos dará um vislumbre das maiores estruturas do universo. Créditos: Goddard Space Flight Center da NASA e A. Yung

Com sua capacidade de fotografar rapidamente enormes faixas do espaço, Roman nos ajudará a entender como o universo se transformou de um mar primordial de partículas carregadas para a intrincada rede de vastas estruturas cósmicas que vemos hoje.

"Os Telescópios Espaciais Hubble e James Webb são otimizados para estudar objetos astronômicos em profundidade e de perto, então eles são como olhar para o universo através de orifícios", disse Aaron Yung, pós-doutorando no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, que liderou o estudo. "Para resolver mistérios cósmicos nas maiores escalas, precisamos de um telescópio espacial que possa fornecer uma visão muito maior. Isso é exatamente o que Roman foi projetado para fazer."

Combinar a visão ampla de Roman com a cobertura mais ampla de comprimento de onda do Hubble e as observações mais detalhadas do Webb oferecerá uma visão mais abrangente do universo.

A simulação cobre uma mancha de dois graus quadrados do céu, que é equivalente a cerca de 10 vezes o tamanho aparente de uma lua cheia, contendo mais de 5 milhões de galáxias. É baseado em um modelo de formação de galáxias bem testado que representa nossa compreensão atual de como o universo funciona. Usando uma técnica extremamente eficiente, a equipe pode simular dezenas de milhões de galáxias em menos de um dia – algo que pode levar anos usando métodos convencionais. 

Quando Roman lança e começa a fornecer dados reais, os cientistas podem compará-los a uma série de simulações, colocando seus modelos à prova final. Isso ajudará a desvendar a física da formação de galáxias, a matéria escura – uma substância misteriosa observada apenas através de seus efeitos gravitacionais – e muito mais.

Desvendando a Teia Cósmica

Galáxias e aglomerados de galáxias brilham em aglomerados ao longo de fios invisíveis de matéria escura em uma tapeçaria do tamanho do universo observável. Com uma visão ampla o suficiente dessa tapeçaria, podemos ver que a estrutura em larga escala do universo é semelhante a uma teia, com fios que se estendem por centenas de milhões de anos-luz. As galáxias são encontradas principalmente em interseções dos filamentos, com vastos "vazios cósmicos" entre todos os filamentos brilhantes.

Esta imagem, contendo milhões de galáxias simuladas espalhadas pelo espaço e pelo tempo, mostra as áreas que o Hubble (branco) e o romano (amarelo) podem capturar em um único instantâneo. O Hubble levaria cerca de 85 anos para mapear toda a região mostrada na imagem com a mesma profundidade, mas Roman poderia fazê-lo em apenas 63 dias. A visão mais ampla de Roman e as rápidas velocidades de pesquisa revelarão o universo em evolução de maneiras que nunca foram possíveis antes. Créditos: Goddard Space Flight Center da NASA e A. Yung

É assim que o cosmos se parece agora. Mas se pudéssemos retroceder o universo, veríamos algo muito diferente.

Em vez de estrelas gigantes e flamejantes esparsamente espalhadas por galáxias que estão separadas por distâncias ainda mais imensas, nos encontraríamos submersos em um mar de plasma (partículas carregadas). Esta sopa primordial era quase completamente uniforme, mas felizmente para nós, havia nós minúsculos. Como esses aglomerados eram um pouco mais densos do que seus arredores, eles tinham uma atração gravitacional um pouco maior.

Ao longo de centenas de milhões de anos, os aglomerados atraíram mais e mais material. Eles cresceram o suficiente para formar estrelas, que foram gravitacionalmente atraídas para a matéria escura que forma a espinha dorsal invisível do universo. As galáxias nasceram e continuaram a evoluir e, eventualmente, sistemas planetários como o nosso surgiram.

A visão panorâmica de Roman nos ajudará a ver como era o universo em diferentes estágios e preencherá muitas lacunas em nossa compreensão. Por exemplo, embora os astrônomos tenham descoberto "halos" de matéria escura envolvendo galáxias, eles não têm certeza de como eles se formaram. Ao ver como as lentes gravitacionais causadas pela matéria escura distorcem a aparência de objetos mais distantes, Roman nos ajudará a ver como os halos se desenvolveram ao longo do tempo cósmico.

"Simulações como essas serão cruciais para conectar grandes levantamentos de galáxias sem precedentes de Roman ao andaime invisível de matéria escura que determina a distribuição dessas galáxias", disse Sangeeta Malhotra, astrofísica da Goddard e coautora do artigo.

Nesta visão lateral do universo simulado, cada ponto representa uma galáxia cujo tamanho e brilho correspondem à sua massa. Fatias de diferentes épocas ilustram como Roman será capaz de ver o universo através da história cósmica. Os astrônomos usarão essas observações para reunir como a evolução cósmica levou à estrutura semelhante a uma teia que vemos hoje. Créditos: Goddard Space Flight Center da NASA e A. Yung

Vendo o quadro maior

Estudar estruturas cósmicas tão vastas com outros telescópios espaciais não é prático porque levaria centenas de anos de observações para costurar imagens suficientes para vê-las.

"Roman terá a capacidade única de corresponder à profundidade do Hubble Ultra Deep Field, mas cobrir várias vezes mais área do céu do que levantamentos amplos, como o levantamento CANDELS", disse Yung. "Uma visão tão completa do universo primitivo nos ajudará a entender o quão representativos são os instantâneos do Hubble e do Webb de como era então."

A visão ampla de Roman também servirá como um roteiro que o Hubble e o Webb podem usar para ampliar áreas interessantes.

As vastas pesquisas celestes de Roman serão capazes de mapear o universo até mil vezes mais rápido do que o Hubble. Isso será possível por causa da estrutura rígida do observatório, da rápida velocidade de giro e do grande campo de visão do telescópio. Roman se moverá rapidamente de um alvo cósmico para o próximo. Uma vez que um novo alvo é adquirido, as vibrações se acalmam rapidamente porque estruturas potencialmente oscilantes, como os painéis solares, são fixadas no lugar.

"Roman tirará cerca de 100 mil fotos todos os anos", disse Jeffrey Kruk, astrofísico pesquisador da Goddard. "Dado o maior campo de visão de Roman, levaria mais tempo do que nossas vidas, mesmo para telescópios poderosos como o Hubble ou o Webb cobrirem tanto o céu."

Ao fornecer uma visão gigantesca e nítida dos ecossistemas cósmicos e ao se unir a observatórios como Hubble e Webb, Roman nos ajudará a resolver alguns dos mistérios mais profundos da astrofísica.

Fonte: nasa.gov