Na caça contínua pelas primeiras galáxias do universo, o Telescópio Espacial Spitzer da NASA voltou suas observações para o projeto Frontier Fields. Esse ambicioso projeto combina o poder dos três grandes observatórios da NASA, o Spitzer, o Hubble e o Chandra, para olhar o mais distante no tempo que a tecnologia atual pode permitir.
Mesmo com os melhores telescópios de hoje, é difícil coletar luz suficiente das primeiras galáxias do universo localizadas a mais de 13 bilhões de anos-luz de distância da Terra. Mas os cientistas têm uma ferramenta de proporções cósmicas para ajudar nesses estudos. A gravidade exercida por massivos aglomerados de galáxias em primeiro plano curva e ampliam a luz de objetos mais distantes, num efeito que cria uma lente de zoom cósmico. Esse fenômeno é chamado de lente gravitacional.
As observações do Frontier Fields procuram por fortes lentes disponíveis no universo nos seis dos mais massivos aglomerados de galáxias conhecidos. Essas lentes podem ampliar as pequenas galáxias de fundo, por um fator de cem vezes. Com os dados do Frontier Fields obtidos pelo Spitzer, juntamente com os dados do Hubble e do Chandra, os astrônomos poderão aprender detalhes sem precedentes das galáxias mais primordiais do universo.
“O Spitzer terminou suas observações do Frontier Fields e nós estamos muito animados para divulgar todos esses dados para a comunidade astronômica”, disse Peter Capak, um pesquisador da NASA/JPL Spitzer Science Center no Caltech em Pasadena, na Califórnia, e o líder do Spitzer no projeto Frontier Fields.
Um artigo recente publicado no Astronomy & Astrophysics apresentou o catálogo completo dos dados para dois desses seis aglomerados de galáxias estudados pelo Frontier Fields, o Abell 2744, apelidado de Aglomerado de Pandora e o MACS J0416, ambos localizados a cerca de 4 bilhões de anos-luz de distância da Terra. Os outros aglomerados de galáxias selecionados para o Frontier Fields são o MACS J1149, o MACS J0717, o RXC J2248 e o Abell 370.
Os astrônomos combinarão os catálogos do Frontier Fields para identificar os menores e mais apagados objetos, muitos dos quais podem ser as galáxias mais distantes já observadas. O recorde atual pertence a uma galáxia chamada de GN-z11, que foi relatada em Março de 2016 pelos pesquisadores do Hubble localizada à incrível distância de 13.4 bilhões de anos-luz, ou seja, somente poucas centenas de milhões de anos depois do Big Bang. A descoberta dessa galáxia não necessitou do uso das lentes gravitacionais pois ela no caso era uma anomalia, um objeto extremamente brilhante para a sua época. Com o poder de ampliação melhorado pelas lentes gravitacionais, o projeto Frontier Fields permitirá que os pesquisadores possam estudar objetos típicos localizados a essas incríveis distâncias, pintando assim uma imagem mais precisa e mais completa das primeiras galáxias do universo.
Os astrônomos querem entender como essas galáxias primordiais nasceram, como sua massa se desenvolveu formando as estrelas e como essas estrelas enriqueceram as galáxias com elementos químicos fundidos em suas fornalhas termonucleares. Para aprender sobre a origem e a evolução das primeiras galáxias, que são muito apagadas, os astrônomos precisam coletar a maior quantidade de luz possível através de várias frequências. Com luz suficiente dessas galáxias, os astrônomos podem realizar estudos de espectroscopia, e obter detalhes sobre a composição e a temperatura das estrelas, e o ambiente onde elas vivem examinando as assinaturas dos elementos químicos impressas na luz.
“Com a abordagem do projeto Frontier Fields”, disse Capak, “as galáxias mais apagadas e mais remotas estarão brilhantes o suficiente para nós, para que possamos começar a dizer algo definido sobre elas como a história da formação de suas estrelas”.
Pelo fato do universo estar se expandindo nos seus mais de 13.8 bilhões de anos de história, a luz de objetos extremamente distantes é desviada para o vermelho, ou seja, esticadas, durante a sua longa jornada até a Terra. A luz óptica emitida pelas estrelas nas galáxias de fundo que sofrem o efeito de lente gravitacional observadas pelo projeto Frontier Fields são desviadas para o vermelho na luz infravermelha. O Spitzer pode então usar essa luz infravermelha para investigar o tamanho da população das estrelas na galáxia que dão pistas sobre a massa da galáxia. Combinando a luz vista pelo Spitzer, com a luz registrada pelo Hubble, os astrônomos podem identificar galáxias na borda do universo observável.
Enquanto o Hubble escaneia os aglomerados de galáxias do Frontier Fields na luz óptica e no infravermelho próximo que tem sido desviada para o vermelho da luz ultravioleta durante sua jornada para a Terra, o Chandra observa os aglomerados de galáxias procurando por emissões de raios-X de alta energia oriundas de buracos negros e do gás superaquecido. Juntamente com o Spitzer, os telescópios espaciais medem a massa dos aglomerados de galáxias, incluindo a massa não observável gerada pela matéria escura. A determinação exata da massa dos aglomerados é um passo crítico na quantificação da ampliação e da distorção que eles produzem nas galáxias de fundo. Resultados recentes em múltiplos comprimentos de onda de observações feitas dos aglomerados MACS J0416 e MACS J0717 foram publicadas em Outubro de 2015 e Fevereiro de 2016. Esses resultados também incluíram observações em ondas de rádio feitas pelo Karl G. Jansky Very Large Array, com o objetivo de encontrar as regiões de formação de estrelas outrora escondidas pelo gás e pela poeira.
A colaboração do Frontier Fields tem inspirado os cientistas a desenvolverem esforços para observar o universo cada vez mais profundo e aumenta a expectativa para a chegada do Telescópio Espacial James Webb em 2018.
“O Frontier Fields é um projeto de comunidade, diferente de muitos outros projetos”, disse Lisa Storrie-Lombardi, do Spitzer Science Center. “As pessoas estão trabalhando juntas e realmente engajadas com o Frontier Fields”.
Em adição aos seis aglomerados de galáxias do Frontier Fields, o Spitzer tem feito observações de outros campos um pouco mais rasos do Hubble, expandindo de certa forma o número geral de regiões cósmicas onde observações mais profundas possam ser feitas. Esses campos adicionais servirão no futuro como áreas onde o James Webb e outros instrumentos poderão trabalhar.
O Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, em Pasadena, na Califórnia, gerencia a missão do Telescópio Espacial Spitzer para o Science Mission Directorate da NASA em Washington. As operações científicas são conduzidas pelo Spitzer Science Center na Caltech. As operações da nave são baseadas na Lockheed Martin Space Systems Company em Littleton, no Colorado. Os dados são arquivados no Infrared Science Archive, no Infrared Processing and Analysis Center na Caltech. A Caltech gerencia o JPL para a NASA.
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