Hubble da NASA oferece amostra cósmica de alvos para Roman

Uma galeria de lentes gravitacionais capturadas pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA mostra a diversidade deste fenômeno cósmico e estabelece as bases para observações de acompanhamento pelo novo Telescópio Espacial Nancy Grace Roman.

A lente gravitacional, prevista pela primeira vez por Albert Einstein, ocorre quando a gravidade de um objeto massivo em primeiro plano, como uma galáxia ou aglomerado de galáxias, curva, deforma e amplia a luz de um objeto de fundo mais distante. O efeito é semelhante ao de uma lente gigante no espaço que permite aos astrónomos ver objetos muito mais distantes do que qualquer telescópio poderia ver sozinho.

As lentes nesta imagem formaram-se a partir do alinhamento preciso de uma galáxia de fundo distante com a massa de uma galáxia em primeiro plano, criando imagens distorcidas e ampliadas da galáxia de fundo que aparecem como arcos em torno da galáxia em primeiro plano.

Os astrónomos utilizarão estas observações de uma grande e variada população de lentes gravitacionais para construir modelos de lentes que ajudarão a determinar quanta massa existe na galáxia em primeiro plano do sistema de lentes – e potencialmente provar ou dissipar uma teoria sobre a matéria escura. Os astrónomos estudam a quantidade de distorção das galáxias de fundo objeto de lente para determinar a quantidade e distribuição de massa na galáxia em primeiro plano, incluindo a sua matéria escura invisível.

O Hubble vê o cosmos principalmente em luz visível e ultravioleta com alguma cobertura infravermelha, fornecendo uma visão abrangente e de alta resolução de objetos individuais. Roman vê principalmente luz infravermelha e alguma visível, em um campo de visão muito maior para criar panoramas do universo. Embora o Hubble obtenha uma visão melhor de lentes individuais, Roman será capaz de capturar mais lentes com seu campo de visão mais amplo. Se Roman encontrar uma lente particularmente interessante, os pesquisadores poderão usar o Hubble para fazer observações de acompanhamento usando sua capacidade visível e UV para objetos individuais.

Com as imagens de alta resolução e os modelos precisos do Hubble, os investigadores também deverão ser capazes de detectar pequenas imperfeições nestes arcos galácticos com lentes gravitacionais que indicariam a presença de pequenos aglomerados de matéria escura. Os investigadores poderiam usar estes aglomerados anteriormente não detectados para confirmar a teoria da matéria escura fria, que prevê a existência de muitos pequenos aglomerados de matéria escura entre um milhão e um bilhão de massas solares. Em contraste, o halo de matéria escura da nossa galáxia, a Via Láctea, tem cerca de 1,3 triliões de massas solares.

Ao estudar detalhadamente as imagens das lentes do Hubble, os pesquisadores pretendem construir uma ferramenta de superinteligência para pesquisar com eficiência arcos semelhantes nas próximas imagens romanas. Espera-se que as imagens do Hubble produzam os seus próprios resultados sobre a matéria escura e abram caminho para a análise da maior amostra de lentes de Roman.

As lentes exclusivas nesta imagem exibem algumas das diferentes características que os pesquisadores verão ao coletarem uma variedade diversificada e numerosa de lentes para testar em seus modelos. O Painel A é um exemplo de configuração arco-contraarco, na qual a galáxia de fundo da lente aparece como um par duplicado de arcos. A galáxia ampliada está sendo ampliada por um par de galáxias em primeiro plano cuja massa combinada desvia a luz da galáxia de fundo ao seu redor.

O painel F é um anel de Einstein, no qual o alinhamento da galáxia de fundo e a massa aproximadamente esférica da lente do primeiro plano estão tão perfeitamente situados que a galáxia da lente circunda quase totalmente a galáxia do primeiro plano. O painel I mostra uma galáxia com lentes quádruplas, na qual a galáxia de fundo é replicada quatro vezes, aparecendo como pontos borrados ao redor da galáxia em primeiro plano. O painel C também mostra uma galáxia com lentes quádruplas, com nós duplos que são provavelmente regiões fortes de formação de estrelas na galáxia de fundo.

Algumas das galáxias de fundo ampliadas e distorcidas aparecem em azul e outras em vermelho. Esses arcos azulados indicam estrelas jovens, enquanto os arcos avermelhados indicam estrelas mais velhas. Roman e Hubble irão explorar estas diferenças para compreender melhor como as galáxias evoluíram no início do Universo.

A maioria das galáxias com lentes em primeiro plano são galáxias elípticas, que são mais antigas, mais densas e mais compactas. Imagens lentes de galáxias de fundo só ocorrem quando a densidade de massa da galáxia em primeiro plano atinge um ponto crítico.

Mas nem todas estas galáxias em primeiro plano são elípticas, e os investigadores podem usar estas diferenças para explorar os caminhos evolutivos seguidos por estas galáxias. No painel G, a galáxia em primeiro plano parece alongada, o que pode ser verdade ou um truque de perspectiva, e nos painéis B e F, as galáxias em primeiro plano parecem ter braços espirais.

A galáxia em primeiro plano do Painel D tem uma faixa de poeira visível, o que é raro em uma galáxia em lente e o tipo de detalhe que a visão nítida e na luz visível do Hubble é excelente em revelar. A galáxia de fundo objeto de lente poderia ser um Anel de Einstein, com a faixa de poeira “quebrando” a nossa visão do anel. Como a luz infravermelha é menos obscurecida pela poeira, futuras observações infravermelhas romanas poderão ajudar a determinar se os arcos formam um anel de Einstein mais completo.

Essas lentes fortes foram detectadas pela primeira vez com o Instrumento Espectroscópico de Energia Escura em Kitt Peak. Hubble posteriormente os observou, e Roman fará observações adicionais. Imagens como estas são um exemplo dos tipos de esforços colaborativos que ocorrem rotineiramente entre os Grandes Observatórios da NASA para construir uma imagem abrangente do cosmos. À medida que Roman se junta à família de grandes observatórios espaciais que inclui o Hubble, o Observatório de Raios-X Chandra e o Telescópio Espacial James Webb, uma nova janela se abre para o universo, revelando paisagens anteriormente escondidas enquanto expande nosso conhecimento cósmico para toda a humanidade.