Memórias das fronteiras do universo
Há uma semana, a última equipe de observação do Dark Energy Survey despediu-se do Observatório Inter-Americano Cerro Tololo (CTIO). Nosso terceiro ciclo de observações, que durou seis longos meses, acabou e não retornaremos à montanha até a primavera.
No passado, um astrônomo deixaria o cume com uma mala cheia de fitas de dados e diários de notas escritos à mão . No entanto, nesta era digital, nossos 57 “plantonistas” do DES (membros das equipes de observação) levaram apenas suas memórias e fotografias . Alguns deles generosamente compartilharam suas fotografias conosco para este caso especial dos Detetives da Energia Escura.
Suas memórias incluem o usual (pôr do sol , clima, animais fofinhos, comida, e a beleza do céu noturno ) e o inesperado (meteoros, amizades, quebra de recordes de observação, e a força das mulheres) .
De todas as lembranças, a favorita foi a observação acidental do Cometa Lovejoy. Nós reproduzimos esta observação na imagem à esquerda. Isto nos lembra que antes de olharmos para além da nossa galáxia, nos confins do Universo, precisamos tomar cuidado com os objetos celestes que estão muito mais perto de casa!
As memórias variam de frases curtas para longos parágrafos . Nós temos ordenado elas por tamanho para ajudar aqueles que tem apenas alguns minutos de sobra.
Os abacates na cantina do CTIO . Deliciosos!
Batendo quatro de cinco recordes de “melhor seeing” para o DES em uma noite.
O choque de ver uma observação acidental do Cometa Lovejoy aparecer na tela da sala de controle.
Ver a minha primeira raposa na montanha.
Encontrar um escorpião no meu calçado de manhã.
Passar a noite de Natal de 2014 na sala de controle do Blanco.
A primeira vez em que vi uma mamãe viscacha e seu filhote observando o por do sol da beira do precipício. Adorável!
A câmera de monitoramento atmosférico do DES é incrível. Na primeira vez que a vi lembro de ter pensado “gostaria de ter construído isso!”
A aparente infinita variedade de biscoitos que são distribuídos todas as noites com o lanche noturno: toda vez é um mistério delicioso!
Ter uma noite extra de observação para o DES porque terminamos de trocar a bomba de Nitrogênio Líquido um dia mais cedo do que o previsto.
Algumas das minhas coisas favoritas ao ir observar no CTIO: assistir o pôr do sol, conhecer outros observadores, garrafas térmicas cheias de chá quente, biscoitinhos de coco, e ficar sozinho com meus pensamentos.
Olhando as estrelas, com o silêncio sendo quebrado apenas pelo movimento do domo do telescópio. Eu nunca mais vou olhar para o ceú nublado do mesmo jeito, sabendo o que está ali, logo atrás daquelas nuvens.
Tenho sorte de ter criado boas amizades com vários dos funcionários do CTIO em La Serena e na montanha: o motorista do táxi, os cozinheiros, os operadores do telescópio… Todas as vezes em que retorno é um festival de cumprimentos e sorrisos.
Eu já visitei o CTIO muitas vezes, mas toda vez que retorno sinto que estou entrando em um novo mundo: o ar seco, o brilho do sol, a escuridão da noite. Mas quando eu capturo com meus olhos as primeiras impressões da Via Láctea espalhadas pelo céu como em um globo de neve, me sinto em paz, me sinto em casa.
Uma noite, depois do jantar, subimos para o topo para começar a observar. O céu estava límpido quando saímos do refeitório, mas quando chegamos ao topo as nuvens subiram rapidamente do vale. As nuvens envolveram o topo e bloquearam o por do sol. Não conseguíamos ver o domo do telescópio a 15 metros de distância.
Na sala de controle do telescópio de 0.9m: a partit esquerda: Claudia Belardi, Marcelle, Chihway, Catherine Kaleida, Pia Amigo, Sanzia Alves, Pamela Soto, Brittany Howard
Frequentemente temos turmas de observadores do DES compostas exclusivamente por mulheres, mas durante uma visita recente, todas as equipes em todos os telescópios eram compostas por mulheres. Parece que o “Clube do Bolinha” é realmente uma coisa do passado.
A primeira vez que eu botei meu pé fora do prédio do telescópio para olhar o céu noturno, vi o flash brilhante de um meteoro se desintegrando – era enorme e realmente fez um barulho crepitante como se a brasa de uma fogueira estivesse caindo do céu. Pensei que a Terceira Guerra Mundial tinha começado. Minha primeira reação foi correr de volta para o domo para proteger o telescópio!
Um dos grandes prazeres de estar na montanha é encontrar outros astrônomos de todas as partes do mundo. Eu compartilhei várias vezes o refeitório com um grupo de Coreanos que estava trabalhando por várias semanas numa nova câmera. Algumas noites eles não apareciam para jantar e eu não entendia o porquê. Quando eles me convidaram para jantar no dormitório deles eu descobri o porquê: eles tinham trazido muita comida da Coréia , o suficiente para durar meses!
Por dois dias seguidos, antes de nosso turno de observação começar, tentamos sem sucesso visualizar os satélites Iridium (suas posições podem ser encontradas na página www.heavens-above.com). Na terceira noite, depois de alguns minutos de silêncio e expectativa, conseguimos ver um clarão mais brilhante que Vênus por alguns segundos na direção esperada da aparição. Lembro de ter pulado no ar e gritado “Issa!”. Foi emocionante verificar que a previsão era verdadeira. Comecei a pensar em exemplos históricos, tais como a previsão da existência e posição de Netuno usando apenas matemática. Não consigo imaginar a emoção que os astrônomos sentiram quando eles viram o planeta no lugar onde haviam previsto!
A lembrança mais forte que carrego comigo quando deixo a montanha é o lençol estrelado que me envolve lentamente quando estou do lado de fora do domo em uma noite sem Lua. No início, a escuridão reina absolutamente. Mas a medida que meus olhos se adaptam à escuridão, o brilho da estranha configuração (para quem vive no Hemisfério Norte) das estrelas do céu austral aparece com uma intensidade sem igual. No alto daquela montanha remota, com a Via-Láctea cobrindo a abóboda celeste de horizonte a horizonte e o Cruzeiro do Sul brilhando, o mundo dos humanos é reduzido a um pálido e distante brilho alaranjado. Nesse momento íntimo, me esqueço do cargo oficial que tenho que desempenhar ali – “Gerente das Observações” – e assumir o único cargo que me parece apropriado para um pequeno ser humano vivendo brevemente nesse vasto cosmos: “um participante embevecido”.
Então é isso pessoal. Outra temporada do DES chegou ao fim e nossa colaboração agora tem que transferir sua atenção das observações para a análise. Claro que nós amamos a parte da análise (é quando a diversão científica acontece), mas eu desconfio que a maioria de nossos observadores da segunda temporada gostariam de bater seus calcanhares e se transportar instantaneamente de volta para nossa amada montanha (e isso seria particularmente interessante, já que em geral se leva umas 24 horas pra se chegar lá!).
Nós gostaríamos de terminar com uma conversa que um dos últimos observadores da temporada teve com um dos operadores de telescópio no CTIO: os tel-ops ficam conosco observadores noite após noite ano afora (mesmo no Natal), para garantir que tudo corra bem:
P: Então, você trabalha muito com a turma do DES?
R: Sim, eu trabalho com o pessoal do DES o tempo todo. Toda semana tem um novo time. Eu lembro de todos. Cada um deles é um pouco diferente. A mocinha do computador, aquela com o chapéuzinho, ela é a melhor.
P: Sabia que é a nossa última noite até Setembro?
R: A última noite?! Não… Jura? Mas eu tenho certeza que vocês vão voltar. Vocês sempre voltam.
Mensagens dos seguintes detetives que estavam de plantão:
Jim Annis, Aurelio Rosell, Ross Cawthon, Chihway Chang, Alex Drlica-Wagner, David Gerdes, Ravi Gupta, Manuel Hernandez, Steve Kent, Christina Krawiec, Bob Nichol, Brian Nord, Andres Plazas, Kathy Romer, Marcelle Soares-Santos, Douglas Tucker, Yuanyuan Zhang
Imagens dos seguintes detetives:
Jim Annis, Ross Cawthon, Chihway Chang, Kathleen Grabowski, Ravi Gupta, Christina Krawiec, Jennifer Marshall, Andres Plazas, Kathy Romer, Marcelle Soares-Santos, Douglas Tucker
Escrito pela Det. Kathy Romer (U. Sussex)
Crédito da imagem do Lovejoy: Det.’s Marty Murphy, Nikolay Kuropatkin, Huan Lin, Brian Yanny (Fermilab)
Tradução: Det. Flávia Sobreira e Det. Ricardo Ogando
O melhor do melhor
Segundo-Tenente, Jake Jenson. West Point. Graduado com louvor. Nós estamos aqui porque vocês estão procurando o melhor do melhor do melhor, senhor! – Homens de Preto
Os céus mais limpos nos dão as melhores imagens e produzem as melhores pistas para o enigma da expansão cósmica.
Faça um passeio através das pastas dos casos dos Detetives da Energia Escura, e você verá belas imagens de galáxias feitas com a Câmera da Energia Escura, ou Dark Energy Camera. Apesar de terem diferentes formas, tamanhos, e cores, essas galáxias têm algo em comum: todas elas estão se afastando da nossa Via-Láctea, a velocidades da ordem de dezenas a centenas de milhões de quilômetros por hora. O Universo está em expansão, algo que já sabemos há cerca de 90 anos.
Se nós pudéssemos registrar as velocidades de cada uma dessas galáxias ao longo do tempo, o que iríamos encontrar? Será que continuariam as mesmas, aumentariam, ou diminuiriam? Já que a gravidade da Via-Láctea dá um puxãozinho nelas, Isaac Newton nos diria que elas deveriam diminuir sua velocidade com o tempo, assim como uma maçã jogada para cima no ar diminui sua velocidade (e depois cai) graças ao puxão da gravidade terrestre. Entretanto Isaac estaria errado, as galáxias estão ficando cada vez mais rápidas, não mais lentas. A expansão do Universo está acelerando, algo que só descobrimos 17 anos atrás. Os 300 detetives do Dark Energy Survey (DES) embarcaram numa missão de cinco anos para compreender porque isso está acontecendo. Nessa jornada, eles estão conduzindo o maior levantamento do cosmos já feito.
Apesar desses objetivos parecerem sublimes e profundos (e são), na verdade a função do DES é tirar fotos. Um monte delas. Numa noite típica, detetives do DES tiram cerca de 250 fotos do céu. Depois de cinco anos, nós teremos mais de 80.000 fotos em nosso álbum. Para cada fotografia, o obturador fica aberto por cerca de um minuto e meio para deixar entrar uma quantidade suficiente de luz de galáxias distantes. Em cada imagem, você pode contar aproximadamente 80.000 galáxias. Quando juntamos todas essa imagens, e levando em consideração que cada parte do céu vai ser fotografada umas 50 vezes, chegamos a ter imagens de cerca de 200 milhões de galáxias, .
Uma das maneiras de se aprender mais sobre energia escura – essa coisa que supostamente está causando a expansão acelerada do universo – é medir precisamente a forma dessas 200 milhões de galáxias e comparar elas entre si. Imagine tirar fotos de 200 milhões de pessoas, aproximadamente uma em cada 35 pessoas na Terra, para aprender sobre a diversidade da raça humana. Para obter a maior quantidade possível de informação sobre a nossa espécie, você vai querer que todas as suas fotos sejam tiradas por um fotógrafo profissional e sempre sob excelentes condições: boa iluminação, foco perfeito, sem tremor das mãos do fotógrafo ou movimento da pessoa em foco durante a exposição, etc. Mas inevitavelmente, com 200 milhões de fotos, dados os caprichos da vida e das pessoas, algumas fotos vão ficar melhor que outras. Em algumas, o indivíduo fica fora de foco, em outras, a luz de fundo atrapalha o contraste.
No Dark Energy Survey, nós estamos nos esforçando para conseguir as fotografias mais nítidas e melhores possíveis dessas 200 milhões de galáxias. Na qualidade de fotógrafos profissionais do céu noturno (também conhecidos como astrônomos), nós estamos usando o melhor equipamento que há – a Dark Energy Camera – a qual construímos nós mesmos. A câmera tem 570 Megapixels e 5 lentes enormes. Ela tem um sofisticado sistema de auto-focus para nos dar sempre a melhor imagem possível.
Pode guardar o flash, já que as galáxias queimam com a luz de bilhões de sóis.
Assim como em fotografia de pessoas, a Natureza nem sempre colabora. A Dark Energy Camera está montada no telescópio Blanco, localizado em Cerro Tololo no Andes Chileno. Esse lugar tem quase sempre noites limpas, mas ocasionalmente, algumas nuvens passam por ali. Turbulência na atmosfera, a qual faz as estrelas piscarem, faz com que as imagens de estrelas e galáxias fiquem ligeiramente borradas, mesmo se a câmera esteja perfeitamente focada. A câmera trabalha tirando fotos de toda a luz que se reflete no espelho de 4 metros de diâmetro do telescópio. Mas se uma frente fria chega, fazendo o ar no domo do telescópio ficar mais frio do que o espelho de 15 toneladas, plumas de ar quente se erguendo do espelho também produzem imagens borradas. As imagens mais penetrantes são aquelas tiradas quando se aponta o telescópio diretamente para cima – a medida que nos afastamos da vertical em que apontamos o telescópio, a luz tem que atravessar mais camadas de ar na atmosfera, o que contribui para borrar a imagem; como o nosso levantamento cobre grandes trechos de céu, não podemos apontar na vertical o tempo todo. Ventos fortes soprando através das aberturas do domo podem fazer com que o telescópio balance um pouco durante um exposição, também borrando a imagem. Uma vez que a Terra tem um movimento de rotação, durante a exposição o grande e pesado telescópio tem que compensar esse movimento continuamente, se movendo de maneira suave para acompanhar o alvo; qualquer desvio do movimento vai – como você já deve adivinhar – borrar a imagem.
Por todas essas e outras razões, a qualidade das imagens do DES variam. Em algumas noites, condições conspiram de forma a nos dar imagens perfeitas. Em outras, as imagens são um pouco mais borradas do que gostaríamos, dificultando o trabalho de se medir o formato das galáxias distantes. Se uma imagem ficou borrada demais, nós não a incluímos no album: em outra noite voltamos para tirar uma foto daquela região em particular. Até agora, cerca de 80% das imagens que tiramos estão boas o suficiente para incluirmos no album.
Na maioria das noites durante nossa temporada de observação, nós temos três detetives operando a câmera; cada um de nós fica lá por cerca de uma semana, e durante a temporada cerca de 50 detetives se revezam, em “turnos”. Na noite de 27 de Janeiro de 2015 eu estava no meio de minha semana de observação no telescópio com outros dois colegas de investigação, Yuanyuan Zhang da Universidade de Michigan e Andrew Nadolski da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign. Naquela noite, Andrew estava pilotando a câmera, eu estava checando a qualidade das imagens, e Yuanyuan era nossa chefa.
As condições da noite estavam sensacionais. Apesar de um pouco úmido, a atmosfera estava extremamente suave e estável. Estávamos tirando fotos principalmente nos filtros que deixam passar a luz vermelha e próxima do infra-vermelho. A razão disso era que a Lua estava no céu, e a Lua é na verdade bem azul: filtros vermelhos bloqueiam a maior parte da luz da Lua que é espalhada pela atmosfera, permitindo que galáxias vermelhas sejam vistas contra o pano de fundo escuro do céu. Em sua famosa fotografia “Monolith, the Face of Half Dome” tirada no Parque Nacional de Yosemite, Ansel Adams usou um filtro vermelho (mas não infra-vermelho) para escurecer o céu azul a plena luz do dia resultando num efeito dramático.
Às 00:28 hora local, tiramos uma foto marcada pelo número 403841, usando um filtro próximo do infra-vermelho chamado banda z. A banda z é tão vermelha que está além do espectro visível que pode ser visto pelo olho humano, mas câmeras digitais, e a Dark Energy Camera em particular, são muito sensíveis à essa radiação. Computadores no telescópio analisam cada imagem logo após sua integração e mostram os resultados em um monte de monitores, de modo que possamos dizer se estamos tirando fotos que podem entrar em nosso album cósmico. Quando 403841 apareceu, a tela mostrou uma imagem profundamente penetrante. Análises posteriores nos convenceram de que ela era de fato a imagem mais penetrante das cerca de 35.000 já tiradas pelo DES até agora, considerando os dois anos de operação.
A imagem era tão penetrante que a luz de cada estrelas estava espalhada por apenas 0,6 segundos de arco ou 0,00017 graus. Para fins de comparação, esse é o tamanho angular de uma cratera de um quilometro na superfície da Lua vista da Terra. Ou pode considerar o tamanho de um fio de cabelo humano visto a uma distância de 30 metros.
Uma pequena parte da imagem 403841 é mostrada acima com cores falsas, mostrando uma grande galáxia espiral mais um bocado de galáxias menores e fracas e algumas estrelas brilhantes da nossa Via-Láctea. A estrela dentro do círculo vermelho na parte inferior direita da imagem tem sua luz espalhada sobre cerca de 0,6 segundos de arco. Enquanto essas imagens coloridas talvez não sejam tão bonitas quanto outras em outros casos dos Detetives da Energia Escura, essa é o mais próximo do que uma imagem crua vinda diretamente da câmera parece. As imagens digitais cruas do DES são enviadas para o National Center fof Supercomputing Applications (Centro Nacional para Aplicações Supercomputacionais) em Urbana-Champaign, Illinois (se você tem menos de 40 anos, pergunte aos seus pais se eles se lembram de mandar um filme para revelar), para prepará-las para a análise científica por nossos colegas detetives do DES.
No DES, temos uma página web chamada “direito de se gabar” onde estão as melhores imagens tiradas em cada um dos cinco filtros e onde nossa amiga 403841 agora ocupa um lugar de destaque – a melhor da melhor. Mas a melhor coisas em recordes é que eles são feitos para serem quebrados.
–Det. Josh Frieman [Fermilab e Universidade de Chicago]
Tradução: Det. Ricardo Ogando e Det. Flávia Sobreira
Dançando no escuro
“Trabalhe como se não precisasse de dinheiro. Ame como se nunca tivesse sido magoado. Dance como se ninguém estivesse vendo.” – Satchel Paige
Todas as noites, um monte de objetos celestes – pequenos e grandes – dançam ao som da silenciosa melodia da gravidade. Na escuridão do espaço além de Netuno, um grupo de objetos do Cinturão de Kuiper (Kuiper Belt Objects, KBOs) dançam como se ninguém estivesse vendo – até agora.
Eles dançam lentamente, pois os objetos do Cinturão de Kuiper levam séculos para completar uma órbita. Esses KBOs, cada um com tamanho da ordem de centenas de quilômetros, foram descobertos pelo DES ao longo dos últimos dois anos e meio (um deles foi descrito nesse blog num post anterior). Vamos supor que você desconheça a existência da gravidade. O que você deduziria de um padrão como o apresentado no video? Como explicar isso? As leis que regem essas complicadas danças celestiais devem ser muito complicadas, certo?
Os povos antigos demarcavam o passeio dos planetas no céu de noite em noite e de estação em estação do ano. Eles perceberam que os planetas se moviam de uma maneira diferente: algumas vezes eles pareciam parar, virar, e se mover na direção contrária da abóboda celeste, até virarem novamente e seguirem seu rumo. Modelos engenhosos foram criados para explicar essa dança complicada. Mas eles se tornavam cada vez mais complicados, e pior, não conseguiam descrever observações mais modernas e precisas.
Duas revoluções científicas – primeiro com Copérnico e depois com Newton – foram necessárias para mostrar que o movimento planetário podia ser explicado por uma simples equação, a lei da gravitação. De repente o padrão obscuro ficou claro.
A pirueta graciosa executada pelos KBOs é produzida pela combinação de dois movimentos. A órbita centenária produz um lento deslocamento para leste que o leva ao longo de um campo da DECam por ano. Mas nós observamos esses objetos a partir de uma plataforma em movimento, o planeta Terra. A medida que a Terra segue em sua jornada em volta do Sol, observamos o KBO de diferentes perspectivas, algumas vezes a 150 milhões de quilômetros de distância de um lado do Sol, seis meses mais tarde, à mesma distância do outro lado do Sol, e em outras épocas de algum lugar entre estes dois extremos. O movimento resultante é um vai-e-vem relativo às estrelas distantes que servem como pano de fundo para a órbita do KBO. Para ter uma idéia melhor, enquanto gira sua cabeça de um lado para o outro, observe como a ponta do seu dedo se move em relação à objetos no fundo do seu campo de visão.
Um objetivo da Física é extrair ordem da complexidade, explicar uma grande variedade de fenômenos com um pequeno conjunto de leis simples. Com o tempo, físicos perceberam que a lei da gravitação de Newton falhava em algumas situações e precisava ser substituída pela Teoria da Relatividade Geral de Einstein.
Hoje em dia, a gravidade confronta nossa geração com um novo quebra-cabeça de grandes proporções: Por que a expansão do universo está acelerada ? Talvez alguma nova lei irá explicar o mistério da energia escura e a dança dos planetas com a mesma elegância e simplicidade. Essa é a esperança que mantém nossos detetives da energia escura olhando pacientemente para cima.
Det. Dave Gerdes [Universidade de Michigan]
Tradução: Det. Ricardo Ogando e Det. Flávia Sobreira
Sopa cósmica para a alma
Cercado por forças e energias ocultas aos olhos mas que trabalham ativamente no cosmos, um fogo arde… fervendo uma sopa.
A história de expansão do Universo é dominada pela matéria escura e energia escura. Entretanto, são os elementos na tabela periódica que nos permitem estudar e compreender essa história. Nesse artigo damos um gostinho de como a sopa cósmica de elementos surgiu.
Quase todos os elementos apareceram dentro dos primeiros 30 minutos após o Big Bang. O caldo resultante era um pouco “insosso”: 9 núcleos de hidrogênio (um próton) para um núcleo de hélio (dois prótons) e quase mais nada do resto. Você teria que caçar muito, através de bilhões de núcleos, para encontrar um delicioso “naco” de lítio (três prótons).
Felizmente, ao longo dos últimos 13,7 bilhões de anos, a sopa cósmica levou um pouco mais de tempero. A fusão nuclear – tão inatingível na Terra – é corriqueira nas estrelas: temos que agradecer à fusão nuclear pelo carbono em nossas células, pelo ferro em nosso sangue.
O sabor, densidade e temperatura da sopa de elementos varia bastante. Veja o nosso sistema Solar por exemplo: das pressões e temperaturas extremas no núcleo do Sol, ao frio e o vazio do espaço que cerca os planetas. Essas variações se repetem por toda a Via-Láctea e em todas as outras galáxias no universo também.
Esses três conceitos – que todos os elementos se formaram logo após o Big Bang; que uma pequena quantidade de elementos pesados foi adicionada deste então; e que os elementos são distribuídos de forma heterogênea – são de grande utilidade para o Dark Energy Survey.
Veja por exemplo os aglomerados de galáxias, como os que estão no video acima (e descrito em detalhes mais tarde). Essas estruturas são tão grandes que podem ser consideradas mini Universos. Aglomerados contem várias dezenas de galáxias, às vezes até centenas. No espaço entre as galáxias habita uma tênue neblina de gás.
Tanto o gás quanto as galáxias estão presas dentro das fronteiras do aglomerado pela matéria escura. A matéria escura atua como a tampa em uma panela, assim como a tampa impede que a água na panela evapore toda rapidamente, a matéria escura impede as galáxias – as quais estão se movendo a milhões de quilômetros por hora – de fugir. Entretanto, nas bordas dos maiores aglomerados, a energia escura compete com a gravidade e as galáxias começam a escapar. É essa interação entre gravidade e energia escura que faz com que aglomerados de galáxias sejam tão úteis para estudos cosmológicos.
As partículas do gás em aglomerados são tão quentes que elétrons (carga negativa) e núcleos (carga positiva) são separados um do outro (opostos se atraem) – essa forma de gás é conhecida como plasma. O plasma brilha intensamente na parte do espectro eletromagnético conhecida como raio-X e pode ser detectada por satélites como XMM-Newton e Chandra. Esse plasma também produz uma sombra sobre a Radiação Cósmica de Fundo (um pulso de luz emitido por todo o Universo uns cem mil anos após o Big Bang), o que significa que ele também pode ser detectado em radio-telescópios tais como o South Pole Telescope.
Diferentemente do gás, os elementos presos em estrelas são mais frios, e em densidades muito maiores, emitem luz visível. A luz das estrelas permite que o Dark Energy Survey não apenas detecte milhares de aglomerados, mas também meça suas distâncias (através de uma técnica conhecida como “desvio para o vermelho fotométrico”), e faça uma primeira estimativa de suas massas. Essas massas precisam ser refinadas antes de serem usadas em estudos cosmológicos, e observações do plasma feitas por telescópios no raio-X e rádio são fundamentais para isso.
No vídeo acima mostramos alguns exemplos das centenas de aglomerados do Dark Energy Survey que também foram observados pelo levantamento XMM-Newton Cluster Survey. A intensidade da emissão em raio-X vinda do plasma quente é indicada pelos contornos vermelhos. Especialistas em raio-X estão trabalhando com esses dois conjuntos de dados para calibrar as massas dos aglomerados do Dark Energy Survey.
Finalmente… porque “para a alma”? Bom, “alma” pode ser um sinônimo de “quintessência”, e a Quintessência foi um termo adotado por muitos cosmólogos para descrever genericamente teorias que permitem que as propriedades da Energia Escura varie com o tempo.
Det. Kathy Romer [Universidade de Sussex]
Créditos da Imagem: Det.’s Phil Rooney [Universidade de Sussex] e Chris Miller [Universidade de Michigan]
Trad. Det. Ricardo Ogando
Nosso emaranhado escuro: pistas da energia escura
Oculto sob um mar de luz, um padrão complexo sussurra e muda lentamente. Este é composto de forças cósmicas praticamente invisíveis. Nesse espaço que separa amontoados de galáxias jaz um espaço vazio e árido. Contudo, enquanto cada galáxia, com seus bilhões de estrelas, tem uma história única de nascimento e evolução, devemos tomar cuidado para não deixar de ver a floresta por conta das árvores. Tomado como um todo, o padrão de aglomerados e vazios em nossos mapas de galáxias podem nos dizer muito sobre as forças escuras que dão forma a nosso universo.
Levantamento Digital do Céu Sloan (Sloan Digital Sky Survey): Mapa de Galáxias Mapa de galáxias pelo SDSS que alcança até 2 bilhões de anos-luz. Pontos vermelhos e verdes indicam a posição de galáxias, onde pontos vermelhos indicam uma maior densidade de galáxias. Áreas totalmente pretas são partes do céu que são inacessíveis ao levantamento. (Veja também o vôo através do SDSS.)
Olhando a imagem da Camera da Energia Escura (Dark Energy Camera, acima), podemos ver um monte de objetos celestes, incluindo manchas de diferentes cores: azul, vermelho, e amarelo, muitas das quais são galáxias distantes. Pode parecer que elas estão distribuídas aleatoriamente no cosmo. Entretanto, astrônomos mapeando a posição de galáxias espalhadas ao longo de grandes distâncias verificaram que elas estão organizadas em estruturas, em padrões cósmicos que atravessam trechos do tempo e espaço muito maior do que o visto nessa imagem. A figura à direita, do Sloan Digital Sky Survey, mostra um mapa com milhões de galáxias. Essas galáxias parecem se aglomerar em nós e filamentos (áreas com muitas galáxias), deixando para trás espaços vazios (regiões com menos galáxias ou nenhuma galáxia). Algumas das estruturas filamentares se estendem por bilhões de anos-luz – 60 trilhões de vezes a distância entre a Terra e o Sol.
Como qualquer bom detetive, não podemos ignorar um padrão. Como galáxias, separadas por bilhões de anos-luz, se distribuem nessa grande estrutura cósmica que vemos hoje? Parece que o “chefe” dessa operação cósmica é um conhecido amigo (e inimigo) dos terráqueos: a força da gravidade.
Usando simulações feitas em computadores, astrônomos são capazes de investigar como a gravidade atua em tantas galáxias separadas por distâncias tão grandes. A Simulação Millenium, e outras como ela, mostram que uma distribuição inicial quase aleatória de matéria vai naturalmente se concentrar em filamentos e vazios através da atuação da força da gravidade. Quando comparamos estatisticamente os resultados das simulações com nossos dados (observações de muitas galáxias), os padrão encontrados são os mesmos: a influência da gravidade universo afora produziu essa grande estrutura filamentar, a qual é chamada, “A Teia Cósmica”.
- Simulação Millenium: áreas mais brilhantes representam maiores concentrações de matéria e galáxias. (Voe através dessa simulação nesse vídeo)
Mas qual é a importância disso para detetives trabalhando no Dark Energy Survey? Bom, ao que tudo indica, a força da gravidade tem um arqui-inimigo em seu objetivo de criar uma grande teia que atravessa todo o universo: a energia escura, uma força invisível que causa a expansão acelerada do espaço por todo o universo. Quanto mais rápido o espaço se expande e acelera, maior as distâncias que galáxias tem que viajar para formar filamentos e aglomerados. Se existe mais energia escura, a gravidade precisa de mais tempo para juntar galáxias, e a estrutura em forma de teia leva mais tempo para se formar. Se não existe energia escura, a teia é feita rapidamente. Ao estudar a velocidade com que a teia cósmica é construída ao longo do tempo, podemos revelar o quão forte foi a energia escura e se ela está ficando mais forte ou mais fraca.
A batalha entre gravidade e energia escura, contada através da evolução de estruturas na teia cósmica, é chave para estudar a energia escura. De fato, a teia cósmica é especialmente importante para responder uma pergunta bem específica: será que existe mesmo a energia escura?!?
A maioria dos astrônomos concorda que existe um grande número de evidências da expansão acelerada do universo. Por diversas razões, a fonte mais aceitável dessa aceleração é algum tipo de nova força ou de outra forma, de uma energia oculta, “escura”. Mas a principal teoria alternativa é a mudança das leis da gravidade (especificamente, das leis da Teoria da Relatividade Geral de Einstein). Já que físicos e astrônomos testaram exaustivamente as leis de Einstein na Terra, no Sistema Solar, e em galáxias, essa mudança só se manifestaria em escalas maiores. Isso poderia estar causando a aparente aceleração cósmica, de tal forma que não existiria realmente uma energia escura.
Essa segunda hipótese rescreveria nossos arquivos sobre a teia cósmica. Talvez ao invés de uma luta contra a energia escura, a gravidade não tenha o mesmo efeito previsto quando observada ao longo de bilhões de anos-luz. Medidas dessa teia, em conjunto com outras da aceleração cósmica, são fundamentais para nos dizer se nosso universo é um campo de batalha para a energia escura e a gravidade, ou se a gravidade é simplesmente diferente do que pensávamos anteriormente. Seja qual for a conclusão (e quem sabe até uma mais estranha ainda) ela significa uma profunda revisão de nosso entendimento do funcionamento do universo.
A medida que o Dark Energy Survey coleciona mais e mais belas imagens de centenas de milhões de galáxias ao longo de seus cinco anos de duração, nossos detetives vão analisar cuidadosamente suas posições, traçando a teia cósmica, na esperança de identificar que forças estão trabalhando na escuridão.
Detetive Ross Cawthon (Universidade de Chicago)
Imagem: Det.’s Marty Murphy e Reidar Hahn
Tradução: Det. Ricardo Ogando
Nosso emaranhado escuro: onde está Wally?
As estruturas cósmicas tecidas durante a batalha entre gravidade e energia escura se apresentam como um desafio multifacetado para cientistas, enquanto tentamos separar cada galáxia da cacofonia luminosa de filamentos e aglomerados de galáxias que se distribuem ao longo de grandes trechos do espaço e tempo.
É incrível admirar as belas imagens feitas pela Camera da Energia Escura (DECam) no telescópio Blanco. A imagem acima mostra um aglomerado de galáxias superposto a um pano de fundo formado por galáxias ainda mais distantes. Para investigar os mistérios da expansão acelerada do universo, cientistas do Dark Energy Survey (DES) precisam ir além – é necessário desenvolver um censo completo do conteúdo do universo: quantas estrelas e galáxias existem num dado pedaço de tecido do espaço-tempo.
Um passo crítico é a criação de uma lista exata e detalhada de objetos celestes observados: o que astrofísicos e astrônomos chamam de “catálogos”. Os tipos de informação mais comuns nesses catálogos são posição e brilho: esse é o conteúdo mínimo de informação necessário para determinarmos onde a galáxia reside e o quanto ela brilha.
Com os dedicados cientistas do time de gerenciamento de dados e computadores poderosos no Centro Nacional de Aplicações de Supercomputação (NCSdA), o DES desenvolveu novos algoritmos e processos para extrair objetos de nossas imagens de forma eficiente.
Entretanto, existe um limite para o que podemos fazer. Por exemplo, um objeto muito distante pode ser pequeno e brilhar fracamente – tão fracamente que se confunde com o próprio céu e é perdido durante o processo de criação do catálogo. Em alguns casos, não é nem mesmo possível discernir um objeto fraco do céu ruidoso. Além disso, nem todo objeto astronômico é “passível” de ser catalogado: pois pode estar mesclado a um outro objeto. Por exemplo, próximo ao centro da imagem acima existe uma galáxia grande e brilhante com vário vizinhos menores que ela. Discernir todos os objetos nessa imagem tem uma dificuldade similar a de se encontrar uma mosca na foto de um elefante.
Ademais, esses objetos não se escondem apenas dos olhos, mas também dos computadores e seus algoritmos quando o céu está cheio deles: descobrir e medir as propriedades de um pequeno objeto se torna tão difícil quanto encontrar o Wally numa praia lotada!
DES produz imagens mais detalhadas que projetos anteriores, como o Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Dessa forma, somos mais incomodados por esse problema de fontes “mescladas”. Nos deparamos com uma rede mais emaranhada. Para solucionar esse caso, um grupo de cientistas do DES empregou um algoritmo de restauração de imagens, derivado de um trabalho feito por cientistas da área de visão computacional. Esse algoritmo elimina com êxito o impacto de vizinhos próximos quando se cataloga esses objetos “escondidos”. Ao aplicar em imagens do DES, eles foram capazes de encontrar muitos “Wallys” e adicioná-los aos catálogos do DES.
Para uma descrição mais detalhada do método, você pode achar uma prévia do artigo aqui: http://arxiv.org/abs/1409.2885.
Det.’s Yuanyuan Zhang e B. Nord
Imagem: Det.’s Marty Murphy e Reidar Hahn
Tradução: Det. Ricardo Ogando
Virando a noite mundo afora
Semana passada, detetives do DES fizeram ações coordenadas em vários continentes para reunir evidências de como o tecido do espaço-tempo está se expandindo.
Em Sussex, Inglaterra, cerca de 100 detetives se encontraram para discutir o estado atual e futuro do levantamento sendo conduzido no telescópio Blanco, localizado em Cerro Tololo, Chile. Nesse encontro semestral da colaboração (sempre em um lugar diferente), continuamos a planejar novas estratégias para “enquadrar” a evolução do espaço-tempo e energia escura: na verdade, enquanto escrevo essas linhas, vários resultados preliminares estão se preparando para vir a público.
Enquanto isso em Cerro Tololo, um time de observadores operava a Câmera da Energia Escura (DECam) no telescópio Blanco, caminhando em direção ao fim da segunda temporada de observações do levantamento. Cada temporada vai de Agosto a Fevereiro, aproveitando o verão Chileno.
No Telescópio Anglo-Australiano no Observatório Siding Spring na Australia, temos o lar do Levantamento OzDES – um projeto para obter medidas de distâncias altamente precisas de objetos descobertos pelo DES, tais como supernovas e aglomerados de galáxias. Essas “diligências” fora do DES são importantes para ajudar a montar o perfil da energia escura.
Já em Cerro Pachon, ao lado de Cerro Tololo, dois agentes começaram a procurar por evidências de desvios no espaço-tempo, usando o Telescópio Gemini Sul (@GeminiObs). Foram seis noites de trabalho para medir com grande acurácia a distância de sistemas de lentes gravitacionais fortes. Esses sistemas são galáxias ou grupos de galáxias que tem massa o suficiente para distorcer o tecido do espaço-tempo. A distorção é tão grande que raios de luz provenientes de galáxias e quasares que estão atrás desses sistemas se curvam. O resultado em imagens da DECam é a aparição de múltiplas fontes ou fontes distorcidas, tal qual em uma lente óptica. Nos próximos relatórios apresentaremos mais detalhes sobre essas evidências.
Nesse meio tempo, supercomputadores do Centro Nacional de Aplicações de Supercomputação (NCSA) estão processando na calada da noite (e do dia) os dados da DECam, transformando imagens em dados refinados – prontos para a análise dos times científicos.
A imagem acima não mostra nenhuma forte evidência de lentes fortes, mas é um exemplo do exemplar conjunto de evidências que o DES continua a acumular a cada noite.
Eis as posições de algumas das galáxias acima. Que informações você pode levantar sobre elas? Existem várias ferramentas na internet que podem te auxiliar nessa investigação (por exemplo, http://ned.ipac.caltech.edu/forms/nearposn.html; tome cuidado com o formato das posições ao entrar, use como abaixo). Tuíte seus achados para nossos agentes em @darkenergdetec, e podemos comparar nossas anotações.
RA: 304.3226d, Dec: -52.7966d
RA: 304.2665d, Dec: -52.6728d
RA: 304.0723d, Dec: -52.7044d
Boa noite, e olho vivo,
Det B. Nord
Imagen: Det M. Murphy
Tradução: Det. Ricardo Ogando
Afluentes do tempo: as folhas de outono
No clima temperado do Hemisfério Norte, quando o inverno está para começar, podemos perceber a mudança das cores das folhas. O verde brilhante do verão dá espaço aos amarelos, laranjas, e roxos. Isso ocorre porque as células das folhas tem instruções de como reagir a ambientes cada vez mais frios: essa reação reduz a produção de pigmento verde, a clorofila, permitindo que outras cores (causadas por pigmentos como carotenóides e antocianinas) passem a dominar a paisagem. Quando a primavera retorna, as folhas ressurgem cheias da clorofila produtora de oxigênio.
Ano após ano, esse ciclo de morte e renascimento afeta a vegetação ao nosso redor.
Mas e se fôssemos insetos? O que aconteceria se, como uma mosca, vivêssemos por apenas um dia ou dois? Será que teríamos a capacidade de compreender o desenho da grande peça de tapeçaria que nos envolve? Imagine-se por um dia apenas na Terra, observando as folhas de todo o globo terrestre – em diferentes ambientes e com idades e condições de saúde variadas. Com o prazo de apenas um dia para criar um cenário coerente, será que conseguiríamos juntar todas as pistas necessárias para relacionar cores, ambientes, e o funcionamento das folhas?
Esse é o desafio que enfrentamos ao tentar entender o ciclo de vida de galáxias, as folhas de nossa árvore cósmica de matéria e luz. Para esses objetos celestiais nós somos de fato insetos efêmeros, vivendo apenas por um piscar de olhos numa escala de tempo cósmico.
Na imagem acima, imagine uma miríade de redemoinhos de poeira, com suas cores passeando por todo o espectro visível do arco-íris e além. Cada um deles contendo bilhões de estrelas. Através de nossos telescópios, cameras, e espectrógrafos, somos capazes de identificar os diferentes elementos químicos que compõem essas galáxias. Através de nosso entendimento da natureza, conseguimos conectar essas observações aos processos físicos, indo do longo alcance da gravidade até a pequeneza da mecânica quântica.
As cores das galáxias, assim como as das folhas nas árvores, também são o resultado de diferentes composições químicas e idades. Galáxias azuis são jovens e contem gás o suficiente para manter abertos os berçários estelares que ilumina o cosmo com sua luz azulada. Galáxias vermelhas já fecharam seus berçários de formação estelar pois praticamente todo o gás já foi consumido não restando nada para a gravidade colapsar em bolas de fusão nuclear. Essas galáxias “vermelhas e mortas” representam o fim do ciclo de vida de galáxias.
Embora possamos espionar o interior das galáxias e revelar o seu âmago, ainda não temos nenhuma maneira de testemunhar sua formação, e menos ainda, o descortinar de sua vida. Cada estrela representa um igarapé, e cada galáxia um afluente do tempo, um rio cujo delta é um grande quebra-cabeça cósmico.
Det. B. Nord
Imagem: Dark Energy Camera [Editado e registrado por Det. M. Murphy]
Tradução: Ricardo Ogando (@thespacelink)
Dark Energy Detectives 
