O Universo está se expandindo mais rápido do que o esperado e este telescópio descobrirá o porquê

O Observatório Vera C. Rubin está pronto para revolucionar nossa compreensão do cosmos ao detectar milhões de estrelas em explosão — supernovas do Tipo Ia — na próxima década. 

Esta ilustração descreve o Observatório NSF–DOE Vera C. Rubin capturando luz de supernovas, as mortes explosivas de estrelas massivas. Esses faróis cósmicos são importantes para estudar a expansão do Universo. Em particular, as supernovas do Tipo Ia servem como “velas padrão” para medir distâncias cósmicas. Ao observar milhares de supernovas em vastas regiões do céu, o Legacy Survey of Space and Time (LSST) do Observatório Rubin fornecerá a maior amostra de supernovas do Tipo Ia até agora, ajudando os cientistas a refinar a taxa de expansão do Universo e obter insights mais profundos sobre a misteriosa “energia escura” que impulsiona sua aceleração. Crédito: RubinObs/NOIRLab/SLAC/NSF/DOE/AURA/P. Marenfeld

Essas explosões brilhantes agem como parâmetros cósmicos, ajudando cientistas a medir a expansão do Universo e refinar nossa compreensão da energia escura, a força misteriosa que impulsiona essa expansão. Com suas pesquisas noturnas do céu, Rubin fornecerá uma enxurrada de dados sem precedentes, exigindo ferramentas de aprendizado de máquina de ponta para processar e analisar esses eventos celestes em tempo real. Os insights obtidos podem reescrever o que sabemos sobre a formação, evolução e destino final do Universo.

Uma nova era para a descoberta de supernovas

O Observatório Vera C. Rubin está prestes a testemunhar milhões de estrelas explodindo no espaço. Essas estrelas moribundas, conhecidas como supernovas Tipo Ia , ajudam os cientistas a medir distâncias cósmicas e estudar como a energia escura afeta a expansão do Universo. Ao longo de sua Legacy Survey of Space and Time (LSST) de 10 anos, Rubin pode transformar nossa compreensão de quando e como o Universo se formou.

Medir distâncias no espaço é muito mais desafiador do que na Terra. Uma estrela pode parecer mais brilhante, mas ela está realmente mais perto ou está apenas emitindo mais luz? Para medir distâncias cósmicas com precisão, os cientistas contam com objetos com brilho conhecido, como supernovas do Tipo Ia.

Supernovas: Os Padrões de Medição do Universo

Essas explosões espetaculares, entre as mais brilhantes já registradas no céu noturno, resultam das mortes violentas de estrelas anãs brancas e fornecem aos cientistas um parâmetro cósmico confiável. Seu brilho e cor, combinados com informações sobre suas galáxias hospedeiras, permitem que os cientistas calculem sua distância e o quanto o Universo se expandiu enquanto sua luz fazia sua jornada até nós. Com observações suficientes de supernovas Tipo Ia, os cientistas podem medir a taxa de expansão do Universo e se ela muda ao longo do tempo.

Embora tenhamos capturado milhares de supernovas do Tipo Ia até o momento, vê-las uma ou duas vezes não é o suficiente — há uma mina de ouro de informações sobre como sua luz fugaz varia ao longo do tempo. O Observatório Vera C. Rubin da NSF–DOE em breve começará a escanear o céu do hemisfério sul todas as noites por dez anos, cobrindo todo o hemisfério aproximadamente a cada poucas noites.

Toda vez que Rubin detectar um objeto mudando de brilho ou posição, ele enviará um alerta para a comunidade científica. Com uma detecção tão rápida, Rubin será nossa ferramenta mais poderosa até agora para detectar supernovas do Tipo Ia antes que elas desapareçam.

O Observatório Rubin é financiado em conjunto pela US National Science Foundation e pelo US Department of Energy's Office of Science. O Rubin é um programa conjunto do NSF NOIRLab e do SLAC National Accelerator Laboratory do DOE, que operarão o Rubin cooperativamente. 

Energia Escura e a Expansão do Universo

Cientistas como Anais Möller, membro da Rubin/LSST Dark Energy Science Collaboration, aguardam ansiosamente o Legacy Survey of Space and Time ( LSST ) de Rubin, que durará uma década, durante o qual se espera detectar milhões de supernovas do Tipo Ia. "O grande volume de dados do Rubin nos dará uma amostra de todos os tipos de supernovas do Tipo Ia em uma variedade de distâncias e em muitos tipos diferentes de galáxias", diz Möller. 

Na verdade, Rubin descobrirá muito mais supernovas Tipo Ia nos primeiros meses do LSST do que foram usadas na descoberta inicial da energia escura — a força misteriosa que faz o Universo se expandir mais rápido do que o esperado com base na teoria gravitacional. As medições atuais sugerem que a energia escura pode mudar ao longo do tempo, o que, se confirmado, pode ajudar a refinar nossa compreensão da idade e evolução do Universo. Isso, por sua vez, impactaria o que entendemos sobre como o Universo se formou, incluindo a rapidez com que estrelas e galáxias se formaram no Universo primitivo.

Refinando Nosso Mapa Cósmico

Com um conjunto muito maior de supernovas Tipo Ia de todo o Universo, os cientistas poderão refinar nosso mapa existente de espaço e tempo, obtendo uma imagem mais completa da influência da energia escura. “O Universo em expansão é como um elástico sendo esticado. Se a energia escura não for constante, isso seria como esticar o elástico em quantidades diferentes em pontos diferentes”, diz Möller. “Acho que na próxima década seremos capazes de restringir se a energia escura é constante ou evolui com o tempo cósmico. Rubin nos permitirá fazer isso com supernovas Tipo Ia.”

Todas as noites, o Observatório Rubin produzirá cerca de 20 terabytes de dados e gerará até 10 milhões de alertas — nenhum outro telescópio na história produziu uma mangueira de dados como essa. Isso exigiu que os cientistas repensassem a maneira como gerenciam alertas rápidos e desenvolvessem métodos e sistemas para lidar com os grandes conjuntos de dados recebidos.

Construindo o Futuro da Astronomia

O dilúvio de alertas noturnos de Rubin será gerenciado e disponibilizado aos cientistas por meio de sete sistemas de software comunitários que ingerirão e processarão esses alertas antes de servi-los aos cientistas ao redor do mundo. Möller, junto com uma grande colaboração de cientistas de diferentes especialidades, está desenvolvendo um desses sistemas, chamado Fink.

Os sistemas de software coletam os alertas do Rubin a cada noite, mesclam os dados do Rubin com outros conjuntos de dados e, usando aprendizado de máquina , os classificam de acordo com seu tipo, como quilonovas, estrelas variáveis ​​ou supernovas Tipo Ia, entre outros. Cientistas usando um dos sistemas comunitários do Rubin, como Fink, poderão classificar o enorme conjunto de dados de alertas de acordo com filtros selecionados, permitindo que eles rapidamente se concentrem nos dados que são úteis para suas pesquisas.

“Por causa dos grandes volumes de dados, não podemos fazer ciência da mesma forma que fazíamos antes”, diz Möller. “Rubin é uma mudança geracional. E nossa responsabilidade é desenvolver os métodos que serão usados ​​pela próxima geração.”

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