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Astrônomos usaram o radiotelescópio
MeerKAT para detectar gás hidrogênio a bilhões de anos-luz de distância de nós — de um período em que o cosmos era bilhões de anos mais jovem do que sua idade atual de 13,8 bilhões de anos.
A pesquisa pode fornecer aos astrônomos uma nova maneira de mapear a estrutura em larga escala do universo. A técnica se baseia em mapear a localização do hidrogênio, o elemento mais leve e abundante do universo, em todo o cosmos. É conhecida 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 da energia escura, o comprimento de onda desse sinal de rádio é alongado, ou seja, sofre um "desvio para o vermelho".
A magnitude desse desvio permite aos astrônomos determinar há quanto tempo um determinado sinal viaja até nós e, portanto, em que período do universo o hidrogênio que o emitiu existiu.
Utilizando a linha de 21 centímetros, o mapeamento da intensidade do hidrogênio permite aos astrônomos rastrear emissões de rádio de galáxias até então invisíveis e construir uma imagem 3D das maiores estruturas do universo. Até então, porém, essa técnica dependia da combinação da detecção de ondas de rádio com observações de levantamentos galácticos que operam com luz visível, ou radiação eletromagnética que nossos olhos evoluíram para enxergar.
Esta nova pesquisa desafia essa tendência, construindo um mapa da intensidade do hidrogênio usando ondas de rádio detectadas pelo radiotelescópio MeerKAT, composto por 64 antenas no Parque Nacional Meerkat, no Cabo Setentrional da África do Sul.
Este é um marco muito empolgante”, disse o líder da equipe, Sourabh Paul, em um comunicado. “O mapeamento da intensidade do hidrogênio é visto há muito tempo como uma maneira promissora de mapear o universo de forma eficiente, mas o sinal é extremamente fraco e difícil de isolar da emissão de primeiro plano, da interferência de radiofrequência causada pelo homem e dos efeitos instrumentais.”
A detecção direta com o MeerKAT demonstra que essa técnica está se tornando uma ferramenta prática para a cosmologia.”
Mapeamento 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 a 5 bilhões de anos atrás. Esse hidrogênio abrange distâncias de muitos milhões de anos-luz, semelhantes à distância entre a Via Láctea e nossa galáxia vizinha, Andrômeda.
Essa conquista representa um avanço na utilidade do mapeamento de hidrogênio.
O hidrogênio neutro é um dos ingredientes-chave para entendermos como as galáxias se formam e evoluem”, disse Zhaoting Chen, membro da equipe da Universidade de Edimburgo, em comunicado. “Com o mapeamento de intensidade, não precisamos detectar cada galáxia individualmente. Em vez disso, podemos medir o sinal coletivo do hidrogênio em grandes volumes cósmicos, o que nos dá uma nova maneira de estudar tanto a evolução das galáxias quanto a distribuição da matéria subjacente do universo.”
Futuros levantamentos cosmológicos poderão se beneficiar enormemente do avanço no mapeamento do hidrogênio. Este será um fator crucial quando o Observatório Square Kilometre Array (SKAO), atualmente em construção na região de Murchison, na Austrália Ocidental, e na região de Karoo, na África do Sul, estiver em operação.
Uma vista aérea da rede de radiotelescópios MeerKAT da África do Sul. "O fato de esse sinal poder ser extraído de observações que não foram originalmente projetadas para o mapeamento da intensidade do hidrogênio é muito encorajador. Isso demonstra o enorme valor científico dos dados do MeerKAT e aponta o caminho para futuras observações com o Observatório Astronômico do Sul da África (SKAO).".
A equipe agora se concentrará em coletar mais observações com o MeerKAT, que cubram áreas maiores do céu ao longo de períodos de tempo mais longos. Isso deverá fornecer aos astrônomos mapas de hidrogênio ainda mais detalhados que poderão, com o tempo, ajudar a entender como as maiores estruturas do cosmos se formaram ao longo de bilhões de anos.
Este foi um processo de análise de dados desafiador, que exigiu uma compreensão detalhada das muitas fontes de contaminação que podem afetar uma medição tão tênue, disse Mario G. Santos, membro da equipe e professor da Universidade do Cabo Ocidental, na Austrália, em comunicado. "É particularmente notável que os dados usados neste estudo tenham sido coletados em 2018, quando o MeerKAT havia acabado de iniciar suas operações científicas."
Existe agora um vasto acervo de dados do MeerKAT à espera de ser explorado com este método”.
A pesquisa da equipe foi publicada na edição de julho do The Astrophysical Journal Letters.
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