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Uma colagem de lentes gravitacionais fortes observadas pelo Hubble, algumas das quais serão acompanhadas por observações do Telescópio Espacial Roman, lançado em agosto de 2026. Lentes como essas serão usadas para investigar a evolução das galáxias e da matéria escura. (NASA, ESA e X. Huang (Universidade de São Francisco); Processamento: Gladys Kober (NASA/Universidade Católica da América)).
Uma galeria de lentes gravitacionais capturadas pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA mostra a diversidade desse fenômeno cósmico e estabelece as bases para observações de acompanhamento pelo novo Telescópio Espacial Nancy Grace Roman.
O efeito de lente gravitacional, previsto inicialmente por Albert Einstein, ocorre quando a gravidade de um objeto massivo em primeiro plano, como uma galáxia ou um aglomerado de galáxias, curva, distorce e amplia a luz proveniente de um objeto mais distante ao fundo. O efeito é semelhante ao de uma lente gigante no espaço, que permite aos astrônomos observar objetos muito mais distantes do que qualquer telescópio conseguiria por si só.
As lentes nesta imagem foram formadas pelo alinhamento preciso de uma galáxia distante ao fundo com a massa de uma galáxia em primeiro plano, criando imagens distorcidas e ampliadas da galáxia ao fundo que aparecem como arcos ao redor da galáxia em primeiro plano.
Os astrônomos usarão essas observações de uma população grande e variada 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 comprovar ou refutar uma teoria sobre a matéria escura. Os astrônomos estudam o grau de distorção das galáxias de fundo afetadas pelas lentes para determinar a quantidade e a distribuição de massa na galáxia em primeiro plano, incluindo sua matéria escura invisível.
O Hubble observa o cosmos principalmente em luz visível e ultravioleta, com alguma cobertura infravermelha, proporcionando uma visão abrangente e de alta resolução de objetos individuais. O Roman, por sua vez, observa principalmente luz infravermelha e alguma luz visível, em um campo de visão muito maior, criando panoramas do universo. Embora o Hubble obtenha uma visão melhor de lentes individuais, o Roman será capaz de capturar mais lentes graças ao seu campo de visão mais amplo. Se o Roman encontrar uma lente particularmente interessante, os pesquisadores poderão usar o Hubble para realizar observações de acompanhamento, aproveitando sua capacidade de observação em luz visível e ultravioleta, para identificar objetos individuais.
Com as imagens de alta resolução e os modelos precisos do Hubble, os pesquisadores também poderão detectar pequenas imperfeições nesses arcos galácticos com lentes gravitacionais, que indicariam a presença de pequenos aglomerados de matéria escura. Os pesquisadores poderiam usar esses aglomerados, até então não detectados, para confirmar a teoria da matéria escura fria, que prevê a existência de muitos pequenos aglomerados de matéria escura com massas 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 trilhão de massas solares.
Ao estudar detalhadamente as imagens das lentes do Hubble, os pesquisadores pretendem construir uma ferramenta de superinteligência para buscar com eficiência arcos semelhantes nas próximas imagens do Observatório Roman. Espera-se que as imagens do Hubble não só forneçam seus próprios resultados sobre a matéria escura, como também abram caminho para a análise da amostra maior de lentes do Observatório Roman.
As lentes únicas nesta imagem exibem algumas das diferentes características que os pesquisadores observarão ao coletarem uma variedade diversificada de lentes para testar em seus modelos. O painel. A é um exemplo de uma configuração arco-contraarco, na qual a galáxia de fundo, sob efeito da lente gravitacional, aparece como um par duplicado de arcos. A galáxia sob efeito da lente está sendo ampliada por um par de galáxias em primeiro plano cuja massa combinada curva a luz da galáxia de fundo ao seu redor.
A diversidade de lentes nesta imagem demonstra algumas das características que os pesquisadores descobrirão com o Hubble e o Roman. Cada lente difere significativamente das outras no painel.
O painel F mostra um Anel de Einstein, no qual o alinhamento da galáxia de fundo e a massa aproximadamente esférica da lente em primeiro plano estão tão perfeitamente alinhados que a galáxia lenteada quase circunda completamente a galáxia em primeiro plano. O painel I mostra uma galáxia com lente quádrupla, 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 lente quádrupla, com nós duplos que provavelmente são regiões de forte formação estelar na galáxia de fundo.
Algumas das galáxias de fundo ampliadas e distorcidas aparecem azuis, enquanto outras aparecem vermelhas. Esses arcos azulados indicam estrelas jovens, enquanto os arcos avermelhados indicam estrelas mais antigas. Roman e o Hubble explorarão essas diferenças para entender melhor como as galáxias evoluíram no início do universo.
A maioria das galáxias que causam distorção em primeiro plano são galáxias elípticas, que são mais antigas, mais densas e mais compactas. Imagens distorcidas em galáxias de fundo só ocorrem quando a densidade de massa da galáxia em primeiro plano atinge um ponto crítico.
Mas nem todas essas galáxias em primeiro plano são elípticas, e os pesquisadores podem usar essas diferenças para explorar os caminhos evolutivos percorridos por essas galáxias. No painel G, a galáxia em primeiro plano parece alongada, o que pode ser verdade ou um efeito 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 apresenta uma faixa de poeira visível, o que é raro em galáxias com efeito de lente gravitacional e o tipo de detalhe que a visão nítida em luz visível do Hubble revela com excelência. A galáxia em segundo plano, também com efeito de lente gravitacional, pode ser um Anel de Einstein, com a faixa de poeira "interrompendo" nossa visão do anel. Como a luz infravermelha é menos obscurecida pela poeira, futuras observações infravermelhas do Roman poderão ajudar a determinar se os arcos formam um Anel de Einstein mais completo.
Essas poderosas lentes foram detectadas pela primeira vez com o Instrumento Espectroscópico de Energia Escura (DESI) em Kitt Peak. Posteriormente, o Hubble as observou, e o Roman realizará novas observações. Imagens como essas são um exemplo dos tipos de esforços colaborativos que ocorrem rotineiramente entre os Grandes Observatórios da NASA para construir uma imagem abrangente do cosmos. Com a entrada do Roman na 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 visões antes ocultas e expandindo nosso conhecimento cósmico para toda a humanidade.
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