Medições da New Horizons lançam nova luz sobre a escuridão do universo

Quão escuro é o espaço profundo? Os astrônomos podem ter finalmente respondido a essa pergunta de longa data explorando as capacidades e a posição distante da nave espacial New Horizons da NASA, fazendo as medições mais precisas e diretas já feitas da quantidade total de luz que o universo gera. 

Uma impressão artística da nave espacial New Horizons da NASA contra o pano de fundo do espaço profundo. A mais de 5,4 bilhões de milhas (7,3 bilhões de quilômetros) da Terra, a New Horizons está atravessando uma região do sistema solar longe o suficiente do Sol para oferecer os céus mais escuros disponíveis para qualquer telescópio existente – e para fornecer um ponto de vista único para medir o brilho geral do universo distante. A faixa da nossa galáxia Via Láctea está ao fundo. Créditos: NASA, APL, SwRI, Serge Brunier (ESO), Marc Postman (STScI), Dan Durda

Mais de 18 anos após o lançamento e nove anos após sua exploração histórica de Plutão, a New Horizons está a mais de 5,4 bilhões de milhas (7,3 bilhões de quilômetros) da Terra, em uma região do sistema solar distante o suficiente do Sol para oferecer os céus mais escuros disponíveis para qualquer telescópio existente - e para fornecer um ponto de vista único para medir o brilho geral do universo distante. 

"Se você levantar sua mão no espaço profundo, quanta luz o universo emite sobre ela?" perguntou Marc Postman, astrônomo do Space Telescope Science Institute em Baltimore e autor principal de um novo artigo detalhando a pesquisa, que foi publicado hoje no The Astrophysical Journal .

"Agora temos uma boa ideia de quão escuro o espaço realmente é. Os resultados mostram que a grande maioria da luz visível que recebemos do universo foi gerada em galáxias. Mais importante, também descobrimos que não há evidências de níveis significativos de luz produzidos por fontes não conhecidas atualmente pelos astrônomos."

As descobertas resolvem um quebra-cabeça que tem deixado os cientistas perplexos desde a década de 1960, quando os astrônomos Arno Penzias e Robert Wilson descobriram que o espaço é permeado por forte radiação de micro-ondas, que havia sido prevista como remanescente da criação do próprio universo. Esse resultado os levou a receber o Prêmio Nobel. Posteriormente, os astrônomos também encontraram evidências de fundos de raios X, raios gama e radiação infravermelha que também preenchem o céu.

A detecção do fundo de luz "comum" (ou visível) — mais formalmente chamado de fundo óptico cósmico, ou COB — forneceu uma maneira de somar toda a luz gerada pelas galáxias ao longo da vida útil do universo antes que o Telescópio Espacial Hubble e o Telescópio Espacial James Webb da NASA pudessem ver as tênues galáxias de fundo diretamente.

Na era dos telescópios Hubble e James Webb, os astrônomos mediam o COB para detectar luz que poderia vir de outras fontes além dessas galáxias conhecidas. Mas medir a saída total de luz do universo é extremamente difícil da Terra ou de qualquer lugar no sistema solar interno.

"As pessoas tentaram repetidamente medi-lo diretamente, mas em nossa parte do sistema solar, há muita luz solar e poeira interplanetária refletida que espalha a luz em uma névoa nebulosa que obscurece a luz fraca do universo distante", disse Tod Lauer, um co-investigador da New Horizons, astrônomo da National Science Foundation NOIRLab em Tucson, Arizona, e um co-autor do novo artigo. "Todas as tentativas de medir a força do COB do sistema solar interno sofrem de grandes incertezas."

Entra a New Horizons, bilhões de milhas ao longo de sua jornada além dos planetas, agora nas profundezas do Cinturão de Kuiper e indo em direção ao espaço interestelar. No final do verão passado, de uma distância 57 vezes maior do Sol do que a Terra, a New Horizons escaneou o universo com seu Long Range Reconnaissance Imager (LORRI), coletando duas dúzias de campos de imagem separados.

O próprio LORRI foi intencionalmente protegido do Sol pelo corpo principal da espaçonave — impedindo que até mesmo a luz solar mais fraca entrasse diretamente na câmera sensível — e os campos-alvo foram posicionados longe do disco brilhante e do núcleo da Via Láctea e das estrelas brilhantes próximas.

Os observadores da New Horizons usaram outros dados, obtidos no infravermelho distante pela missão Planck da Agência Espacial Europeia, de campos com uma variação na densidade de poeira para calibrar o nível dessas emissões no infravermelho distante para o nível da luz visível comum.

Isso permitiu que eles previssem e corrigissem com precisão a presença de luz da Via Láctea espalhada pela poeira nas imagens do COB — uma técnica que não estava disponível para eles durante uma observação de teste do COB de 2021 com a New Horizons, na qual eles subestimaram a quantidade de luz espalhada pela poeira e superestimaram o excesso de luz do próprio universo.

Mas desta vez, depois de contabilizar todas as fontes de luz conhecidas, como estrelas de fundo e luz espalhada por finas nuvens de poeira dentro da Via Láctea, os pesquisadores descobriram que o nível restante de luz visível era totalmente consistente com a intensidade de luz gerada por todas as galáxias nos últimos 12,6 bilhões de anos.

"A interpretação mais simples é que o COB é completamente devido às galáxias", disse Lauer. "Olhando para fora das galáxias, encontramos escuridão ali e nada mais."

"Este trabalho recém-publicado é uma contribuição importante para a cosmologia fundamental, e realmente algo que só poderia ser feito com uma nave espacial distante como a New Horizons", disse o pesquisador principal da New Horizons, Alan Stern, do Southwest Research Institute em Boulder, Colorado.

"E mostra que nossa atual missão estendida está fazendo contribuições científicas importantes muito além da intenção original desta missão planetária projetada para fazer as primeiras explorações de espaçonaves próximas de Plutão e objetos do Cinturão de Kuiper."

Lançada em janeiro de 2006, a New Horizons fez o reconhecimento histórico de Plutão e suas luas em julho de 2015, antes de dar à humanidade sua primeira visão de perto de um bloco de construção planetária e objeto do Cinturão de Kuiper, Arrokoth, em janeiro de 2019. A New Horizons está agora em sua segunda missão estendida, capturando imagens de objetos distantes do Cinturão de Kuiper, caracterizando a heliosfera externa do Sol e fazendo importantes observações astrofísicas de seu ponto de vista incomparável nas regiões mais distantes do sistema solar.

Fonte: hubblesite.org