1373: Cientistas medem toda a luz estelar já produzida pelo Universo observável

O astrofísico de Clemson, Marco Ajello, e a sua equipa, mediram toda a luz já emitida na história do Universo observável.
Crédito: Pete Martin/College of Science

A partir dos seus laboratórios, num planeta rochoso superado pela vastidão do espaço, cientistas da Universidade de Clemson conseguiram medir toda a luz estelar já produzida ao longo da história do Universo observável.

Os astrofísicos pensam que o nosso Universo, que tem cerca de 13,7 mil milhões de anos, começou a formar as primeiras estrelas quando tinha algumas centenas de milhões de anos. Desde então, o Universo tornou-se numa verdadeira máquina de fazer estrelas. Existem agora aproximadamente 2 biliões de galáxias (2×10^12) e um quatrilião (10^24) de estrelas. Usando novos métodos de medição de luz estelar, o astrofísico Marco Ajello e a sua equipa analisaram dados do Telescópio Espacial de Raios-Gama Fermi da NASA para determinar a história da formação estelar durante a maior parte do tempo de vida do Universo.

O artigo colaborativo foi publicado na edição de 30 de Novembro da revista Science e descreve os resultados e as ramificações do novo processo de medição da equipa.

“A partir dos dados recolhidos pelo telescópio Fermi, fomos capazes de medir a quantidade total de luz estelar já emitida. Isto nunca tinha sido feito antes,” realça Ajello, autor principal do artigo. “A maior parte dessa luz é emitida por estrelas que vivem em galáxias. E, assim, isso permitiu-nos entender melhor o processo de evolução estelar e obter percepções cativantes sobre como o Universo produziu o seu conteúdo luminoso.”

Colocar um número na quantidade de luz estelar já produzida tem várias variáveis que dificultam a quantificação em termos simples. Mas, de acordo com a nova medição, o número de fotões (partículas de luz visível) que escaparam para o espaço após serem emitidos pelas estrelas traduz-se em 4×10^84.

Dito de outra forma: 4.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000. 000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 fotões.

Apesar deste número estupendamente grande, é interessante notar que, à excepção da luz que vem do nosso próprio Sol e da Galáxia, o resto da luz estelar que alcança a Terra é extremamente fraca – equivalente a uma lâmpada de 60 watts, vista em completa escuridão, a cerca de 4 km de distância. Isto porque o Universo é quase incompreensivelmente grande. É também por isso que o Universo é escuro à noite, além da luz da Lua, das estrelas visíveis do brilho fraco da Via Láctea.

O Telescópio Espacial de Raios-Gama Fermi foi lançado para órbita no dia 11 de Junho de 2008 e recentemente comemorou o seu 10.º aniversário. É um poderoso observatório que forneceu quantidades enormes de dados sobre raios-gama (a forma mais energética de luz) e sobre a sua interacção com a luz extra-galáctica de fundo, que é uma névoa cósmica composta por toda a luz ultravioleta, visível e infravermelha emitida por estrelas ou poeira na sua vizinhança. Ajello e o colega de pós-doutoramento Vaidehi Paliya analisaram quase nove anos de dados referentes a sinais de raios-gama de 739 blazares.

Os blazares são galáxias contendo buracos negros que são capazes de libertar jatos estreitamente colimados de partículas energéticas que saltam das suas galáxias e cruzam o cosmos quase à velocidade da luz. Quando um desses jactos está, fortuitamente, apontado directamente para a Terra, é detectável mesmo quando tem uma origem muito distante. Os fotões de raios-gama produzidos dentro dos jactos eventualmente colidem com a névoa cósmica, deixando uma impressão observável. Isso permitiu que a equipa de Ajello medisse a densidade do nevoeiro, não apenas num determinado local, mas também num determinado momento da história do Universo.

“Os fotões de raios-gama que viajam através de um nevoeiro de luz estelar têm uma grande probabilidade de serem absorvidos,” afirma Ajello, que é professor assistente no departamento de física e astronomia. “Ao medir o número de fotões absorvidos, fomos capazes de medir a espessura da névoa e medir também, em função do tempo, quanta luz havia em toda a faixa de comprimentos de onda.”

Usando levantamentos galácticos, a história da formação estelar do Universo é estudada há décadas. Mas um obstáculo enfrentado por investigações anteriores era que algumas galáxias estavam muito distantes, ou eram muito fracas, para qualquer telescópio actual as detectar. Isto obrigou os cientistas a estimar a luz das estrelas produzida por essas galáxias distantes, em vez de a registar directamente.

A equipa de Ajello conseguiu contornar isso usando os dados do LAT (Large Area Telescope) do Fermi para analisar a luz extra-galáctica de fundo. A luz estelar que escapa das galáxias, incluindo as mais distantes, acaba eventualmente por se tornar parte da luz extra-galáctica de fundo. Portanto, as medições precisas dessa névoa cósmica, que só recentemente foram possíveis, eliminaram a necessidade de estimar as emissões de luz de galáxias ultra-distantes.

Paliya realizou a análise de raios-gama de todos os 739 blazares, cujos buracos negros são milhões a milhares de milhões de vezes mais massivos que o nosso Sol.

“Usando blazares a distâncias diferentes, medimos a luz das estrelas em diferentes períodos de tempo,” explica Paliya do departamento de física e astronomia. “Nós medimos a luz estelar total de cada época – há mil milhões de anos, há dois mil milhões de anos, seis mil milhões de anos, etc. – até à formação das primeiras estrelas. Isto permitiu-nos reconstruir a luz extra-galáctica de fundo e determinar a história da formação estelar do Universo de uma maneira mais eficaz do que havia sido alcançada antes.”

Quando os raios-gama altamente energéticos colidem com luz visível de baixa energia, transformam-se em pares de electrões e positrões. Segundo a NASA, a capacidade do Fermi em detectar raios-gama através de uma ampla gama de energias torna-o especialmente adequado para mapear a névoa cósmica. Estas interacções de partículas ocorrem ao longo de distâncias cósmicas imensas, o que permitiu que o grupo de Ajello investigasse mais profundamente do que nunca a produtividade de formação estelar no Universo.

“Os cientistas há muito tempo que tentam medir a luz extra-galáctica de fundo. No entanto, fontes muito luminosas no plano da frente, como a luz zodiacal (que é luz espalhada pela poeira no Sistema Solar) tornavam esta medição muito complexa,” afirma o co-autor Abhishek Desai, assistente de pesquisa no departamento de física e astronomia. “A nossa técnica é insensível a qualquer primeiro plano e, assim, superou essas dificuldades de uma só vez.”

A formação estelar, que ocorre quando regiões densas de nuvens moleculares colapsam e formam estrelas, atingiu o pico há 11 mil milhões de anos. Mas embora o nascimento de novas estrelas tenha diminuído desde então, nunca cessou. Por exemplo, na nossa Via Láctea nascem cerca de sete novas estrelas por ano.

De acordo com o membro da equipa Dieter Hartmann, professor no departamento de física e astronomia de Clemson, o estabelecimento, não apenas da luz extra-galáctica de fundo actual, mas da revelação da sua evolução ao longo da história cósmica, é um grande avanço neste campo.

“A formação estelar é um grande ciclo cósmico de reciclagem de energia, matéria e metais. É o motor do Universo,” salienta Hartmann. “Sem a evolução estelar, não teríamos os elementos fundamentais necessários para a existência da vida.”

A compreensão da formação estelar também tem ramificações para outras áreas de estudo astronómico, incluindo investigações sobre a poeira cósmica, evolução galáctica e matéria escura. A análise da equipa irá fornecer missões futuras com uma directriz para explorar os primeiros dias da evolução estelar – como o Telescópio Espacial James Webb, com lançamento previsto para 2021 e que vai permitir com que os cientistas cacem a formação de galáxias primordiais.

“Os primeiros milhares de milhões de anos da história do nosso Universo é uma época muito interessante que ainda não foi investigada pelos satélites actuais,” conclui Ajello. “A nossa medição permite-nos espiar esta época. Talvez um dia possamos encontrar uma maneira de olhar até ao Big Bang. Este é o nosso objectivo final.”

Astronomia On-line
4 de Dezembro de 2018

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1365: Astrónomos mediram a luz estelar emitida em toda a história do Universo

CIÊNCIA

M. Kornmesser / ESO

Uma equipa de astrónomos do estado norte-americano da Carolina do Sul mediu toda a luz estelar já produzida em toda a história do Universo observável, ou seja, mediram toda a luz de todas as estrelas que já existiram – o número é brutal.

Para chegar até a um número, os cientistas examinaram os primórdios da criação estelar, passado desde a formação do Universo há 13,7 mil milhões de anos até aos dias de hoje. “Isto nunca foi feito antes“, disse Marco Ajello, astrofísico do Clemson College of Science, na Carolina do Sul, e autor principal do estudo publicado em declarações ao The Guardian.

Estima-se que as primeiras estrelas tenham surgido algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang. Desde então, as galáxias produziram estrelas a um ritmo quase frenético, existindo actualmente, segundo os cálculos dos cientistas, um bilião de biliões.

De acordo com a investigação, cujos resultados foram publicados recentemente na revista Science, as estrelas já irradiaram 4×1084 fotões. Noutras palavras, 4,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 fotões.

Os cientistas trabalham já há algum tempo para conseguir obter esta medida, também conhecida como luz de fundo extra-galática (EBL) ou “névoa cósmica”. O EBL representa o livro que relata a história da actividade estelar e a evolução das galáxias dentro do Universo”, explicou Ajello ao portal Astronomy.

Tal como notou o líder da investigação, a medição da EBL pode ser uma óptima ferramenta para os cientistas, podendo ajudá-los a melhor compreender a evolução das galáxias, os processos de formação estelar e até a forma como o próprio Universo evoluiu.

Até então, era difícil obter este número porque a “névoa cósmica” é muito mais fraca do que a Via Láctea e as demais luzes do céu nocturno. Além disso, os cientistas não conseguiam observar as galáxias mais distantes, uma vez que são muito escuras e a luz mais brilhante emitida em primeiro plano obscurecia ainda mais esta visão.

Agora, e através de um método indirecto, os cientistas conseguiram calcular toda a luz estelar já emitida. Os cientistas observaram as chamadas “blazars” – galáxias que giram em torno de um buraco negro super-massivo – que emitem feixes de matéria e radiação na nossa direcção recorrendo ao Telescópio Espacial Fermi de Raios-Gama da NASA.

“Usando blazars a diferentes distâncias de nós, medimos a luz das estrelas em diferentes períodos de tempo. Medimos a luz estelar total de cada época – há mil milhões de anos, há dois mil milhões de anos, há seis mil milhões de anos (…) – desde quando as estrelas foram formadas”, explicou Vaidehi Paliya, co-autor do estudo.

O Telescópio “permitiu reconstruir o EBL e determinar a história da formação das estrelas do Universo de uma forma mais eficaz do que já havia sido alcançado até então”, rematou o cientista em comunicado.

ZAP // Science Alert / Astronomy

Por ZAP
3 Dezembro, 2018

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