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Os cientistas detectam sinais de hidrogênio de bilhões de anos atrás. Isso poderia nos ajudar a mapear o universo?
Os astrónomos usaram o radiotelescópio MeerKAT para detectar gás hidrogénio a milhares de milhões de anos-luz de distância de nós – desde um período em que o cosmos era milhares de milhões de anos mais jovem do que a sua idade actual de 13,8 mil milhões de anos.
A pesquisa pode fornecer aos astrônomos uma nova maneira de mapear o estrutura em grande escala do universo. A técnica dependeria de mapear onde o hidrogênio, o elemento mais leve e abundante do universo, está localizado no cosmos. É conhecido como mapeamento de intensidade de hidrogênio.
O hidrogênio neutro emite um sinal de rádio fraco que os astrônomos chamam de linha de 21 centímetros. À medida que o cosmos se expande sob a influência de energia escurao comprimento de onda deste sinal de rádio é esticado, ou “desviado para o vermelho.” A extremidade do desvio para o vermelho permite aos astrónomos determinar há quanto tempo um determinado sinal tem viajado até nós e, portanto, em que período do universo existia o hidrogénio que o emitiu.
Usando a linha de 21 centímetros, o mapeamento da intensidade do hidrogénio permite aos astrónomos rastrear emissões de rádio de galáxias até então invisíveis e construir uma imagem 3D das maiores estruturas do Universo. Até este ponto, no entanto, esta técnica baseou-se na combinação da detecção de ondas de rádio com observações de pesquisas galácticas operando com luz visível, ou radiação electromagnética que os nossos olhos evoluíram para ver.
Esta nova pesquisa desafia essa tendência, construindo um mapa de intensidade de hidrogênio usando ondas de rádio detectadas pelo Radiotelescópio MeerKATcomposto por 64 antenas no Parque Nacional Meerkat, no Cabo Norte da África do Sul.
“Este é um marco muito emocionante”, disse o líder da equipe, Sourabh Paul, em comunicado. “O mapeamento da intensidade do hidrogénio tem sido visto há muito tempo como uma forma promissora de mapear o Universo de forma eficiente, mas o sinal é extremamente fraco e difícil de isolar da emissão em primeiro plano, da interferência de radiofrequência provocada pelo homem e dos efeitos instrumentais.
“Detectá-lo diretamente com o MeerKAT mostra que esta técnica está se tornando uma ferramenta prática para a cosmologia.”
Mapeando com MeerKAT
A equipe por trás desta pesquisa analisou cerca de 96 horas de observações do MeerKAT, encontrando sinais de hidrogênio que datam de 4 bilhões a 5 bilhões de anos. Este hidrogénio abrange distâncias de muitos milhões de anos-luz, semelhante à distância entre o Via Láctea e nossa galáxia vizinha, Andrômeda.
A conquista representa um passo em frente na utilidade do mapeamento do hidrogénio.
“O hidrogênio neutro é um dos principais ingredientes para a compreensão de como as galáxias se formam e evoluem”, disse no comunicado Zhaoting Chen, da Universidade de Edimburgo, membro da equipe. “Com o mapeamento de intensidade, não precisamos de detectar cada galáxia individual. Em vez disso, podemos medir o sinal colectivo do hidrogénio através de grandes volumes cósmicos, dando-nos uma nova forma de estudar tanto a evolução das galáxias como a distribuição subjacente da matéria no Universo.”
Futuras pesquisas cosmológicas poderiam se beneficiar muito com o avanço do mapeamento do hidrogênio. Este será um factor importante quando o Observatório Square Kilometer Array (SKAO), actualmente em construção na região de Murchison, na Austrália Ocidental, e na região de Karoo, na África do Sul.
“O MeerKAT continua a abrir novas janelas para a cosmologia”, disse Laura Wolz, membro da equipe, da Universidade de Manchester, no Reino Unido, no comunicado. “O facto de este sinal poder ser extraído de observações que não foram originalmente concebidas para mapeamento de intensidade de hidrogénio é muito encorajador. Mostra o enorme valor científico dos dados do MeerKAT e aponta o caminho para futuras observações com o SKAO.”
A equipa irá agora concentrar-se na recolha de mais observações com o MeerKAT que cubram áreas maiores do céu durante longos períodos de tempo. Isto deverá fornecer aos astrónomos mapas de hidrogénio ainda mais detalhados que poderão, com o tempo, ajudar a compreender como as maiores estruturas do cosmos tomaram forma ao longo de milhares de milhões de anos.
“Este foi um processo de análise de dados desafiador, exigindo uma compreensão detalhada das muitas fontes de contaminação que podem afetar uma medição tão fraca”, disse no comunicado Mario G. Santos, membro da equipe da Universidade de Western Cape, Austrália. “É particularmente notável que os dados utilizados neste estudo tenham sido obtidos em 2018, quando o MeerKAT tinha apenas iniciado as operações científicas.
“Existe agora um rico tesouro de dados do MeerKAT esperando para serem explorados com este método.”
A pesquisa da equipe foi publicada na edição de julho da As cartas do jornal astrofísico.
