Uma nova simulação mostra como o Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA irá fazer recuar o relógio cósmico, revelando a evolução do Universo de formas nunca antes possíveis quando for lançado em maio de 2027. Com a sua capacidade de rapidamente fotografar enormes áreas do espaço, o Roman irá ajudar-nos a compreender como o Universo se transformou de um mar primordial de partículas carregadas na intricada rede de vastas estruturas cósmicas que vemos hoje.

"Os Telescópios Espaciais Hubble e James Webb estão otimizados para estudar objetos astronómicos em profundidade, por isso são como olhar o Universo através de um buraco de fechadura", disse Aaron Yung, pós-doutorado no Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, no estado norte-americano de Maryland, que liderou o estudo. "Para resolver os mistérios cósmicos nas maiores escalas, precisamos de um telescópio espacial que possa proporcionar uma visão muito mais larga. É exatamente isso que o Roman está concebido para fazer".

Nesta visão simulada do cosmos profundo, cada ponto representa uma galáxia. Os três quadrados pequenos mostram o campo de visão do Hubble e cada um revela uma região diferente do Universo sintético. O Roman será capaz de rapidamente observar uma área tão grande como a imagem com o zoom diminuído, o que nos dará um vislumbre das maiores estruturas do Universo.
Crédito: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA e A. Yung

A combinação da grande visão angular do Roman com a cobertura mais ampla, em termos de comprimento de onda, do Hubble, e as observações mais detalhadas do Webb, vão fornecer uma visão mais abrangente do Universo.

A simulação cobre uma mancha de dois graus quadrados do céu, o que equivale a cerca de 10 vezes o tamanho aparente de uma Lua Cheia, contendo mais de 5 milhões de galáxias. Baseia-se num modelo de formação galáctica bem testado que representa a nossa compreensão atual de como o Universo funciona. Utilizando uma técnica extremamente eficiente, a equipa pode simular dezenas de milhões de galáxias em menos de um dia - algo que pode levar anos a utilizar métodos convencionais. Quando o Roman for lançado para o espaço e começar a fornecer dados reais, os cientistas podem compará-los a uma série de simulações deste tipo, colocando os seus modelos à prova final. Isso ajudará a desvendar a física da formação de galáxias, a matéria escura - uma substância misteriosa observada através dos seus efeitos gravitacionais - e muito mais.

O artigo científico que descreve os resultados foi publicado na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society em dezembro de 2022.

Esta imagem, contendo milhões de galáxias simuladas espalhadas pelo espaço e pelo tempo, mostram a área que o Hubble (quadrado branco) consegue capturar num único instantâneo. O Hubble levaria cerca de 85 anos a mapear toda a região vista na imagem à mesma profundidade, mas o Roman pode fazê-lo em apenas 63 dias. A visão mais ampla do Roman e as suas rápidas velocidades de levantamento vão revelar o Universo em evolução de formas nunca antes possíveis.
Crédito: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA e A. Yung

Desvendando a teia cósmica

As galáxias e enxames de galáxias brilham em aglomerados ao longo de fios invisíveis de matéria escura numa tapeçaria do tamanho do Universo observável. Com uma visão suficientemente ampla dessa tapeçaria, podemos ver que a estrutura em grande escala do Universo é semelhante a uma teia, com filamentos que se estendem por centenas de milhões de anos-luz. As galáxias encontram-se principalmente nas interseções dos filamentos, com vastos "vazios cósmicos" entre todos os filamentos brilhantes.

É assim que vemos o cosmos agora. Mas se pudéssemos rebobinar o Universo, veríamos algo muito diferente.

Em vez de estrelas gigantescas e flamejantes, espalhadas pelas galáxias, cada uma delas separadas por distâncias ainda mais imensas, encontrar-nos-íamos submersos num mar de plasma (partículas carregadas). Esta sopa primordial era quase completamente uniforme, mas felizmente para nós, existiam pequenos nós. Uma vez que estes aglomerados eram ligeiramente mais densos do que os seus arredores, tinham uma atração gravitacional ligeiramente maior.

Ao longo de centenas de milhões de anos, os aglomerados atraíram cada vez mais material. Tornaram-se suficientemente grandes para formar estrelas, que eram gravitacionalmente atraídas para a matéria escura que forma a espinha dorsal invisível do Universo. As galáxias nasceram e continuaram a evoluir, eventualmente surgindo sistemas planetários como o nosso.

A vista panorâmica do Roman ajudar-nos-á a ver como o Universo era em diferentes fases e a preencher muitas lacunas na nossa compreensão. Por exemplo, embora os astrónomos tenham descoberto "halos" de matéria escura envolvendo galáxias, não têm a certeza de como se formaram. Ao ver como o efeito de lente gravitacional, causado pela matéria escura, curva o aspeto de objetos mais distantes, o Roman ajudar-nos-á a ver como os halos se desenvolveram ao longo do tempo cósmico.

"Simulações como esta serão cruciais na ligação de grandes levantamentos galácticos pelo Roman aos 'andaimes' invisíveis da matéria escura que determina a distribuição dessas galáxias", disse Sangeet Malhotra, astrofísica em Goddard e coautora do artigo científico.

Nesta vista lateral do Universo simulado, cada ponto representa uma galáxia cujo tamanho e luminosidade correspondem à sua massa. Fatias de diferentes épocas ilustram como o Roman será capaz de ver o Universo através da história cósmica. Os astrónomos vão utilizar tais observações para reconstituir como a evolução cósmica conduziu à estrutura semelhante a uma teia que vemos hoje.
Crédito: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA e A. Yung

Vendo o quadro geral

O estudo de estruturas cósmicas tão vastas com outros telescópios espaciais não é prático porque seriam necessárias centenas de anos de observações para "juntar" imagens suficientes para as ver.

"O Roman terá a capacidade única de igualar a profundidade do HUDF (Hubble Ultra Deep Field), mas cobrirá várias vezes mais área do céu do que levantamentos amplos como o CANDELS", disse Yung. "Uma visão tão completa do Universo primitivo ajudar-nos-á a compreender quão representativos são os instantâneos do Hubble do Webb do Universo naquela altura".

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

Os grandes levantamentos celestes do Roman serão capazes de mapear o Universo até mil vezes mais depressa do que o Hubble. Isso será possível devido à estrutura rígida do observatório, à sua veloz capacidade de orientação e ao grande campo de visão do telescópio. O Roman deslocar-se-á rapidamente de alvo cósmico para alvo cósmico. Uma vez adquirido um novo alvo, as vibrações assentam rapidamente porque estruturas potencialmente instáveis, como painéis solares, estão fixos no lugar.

"O Roman vai obter cerca de 100.000 imagens por ano", disse Jeffrey Kruk, astrofísico de Goddard. "Dado o maior campo de visão do Roman, levaria mais tempo do que as nossas vidas humanas para que até mesmo telescópios poderosos como o Hubble ou o Webb pudessem cobrir tanto céu".

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

// NASA (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)
// Artigo científico (arXiv.org)

Quer saber mais?

Universo:
A expansão acelerada do Universo (Wikipedia)
Universo (Wikipedia)
Idade do Universo (Wikipedia)
Estrutura a grande-escala do Universo (Wikipedia)
Big Bang (Wikipedia)
Cronologia do Big Bang (Wikipedia)
Modelo Lambda-CDM (Wikipedia)
Indicadores de distâncias cósmicas (Wikipedia)
"Escada" de distâncias cósmicas (Wikipedia)

RST ([Nancy Grace] Roman Space Telescope, anteriormente WFIRST):
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