Crédito de imagem: ESO
Embora o Universo atualmente seja de uma cor bege em geral, costumava ser mais azul, de acordo com astrônomos do Observatório Europeu do Sul. Os astrônomos calcularam a distância e a cor de 300 galáxias contidas na pesquisa Hubble Deep Sky, que examinou profundamente uma região do céu na constelação do sul de Tuscanae.
Uma equipe internacional de astrônomos [1] determinou a cor do universo quando era muito jovem. Enquanto o Universo agora é meio bege, era muito mais azul no passado distante, numa época em que tinha apenas 2.500 milhões de anos.
Este é o resultado de uma análise extensa e completa de mais de 300 galáxias vistas em uma pequena área do céu ao sul, o chamado Hubble Deep Field South. O principal objetivo deste estudo avançado foi entender como o conteúdo estelar do Universo foi montado e mudou com o tempo.
O astrônomo holandês Marijn Franx, membro da equipe do Observatório de Leiden (Holanda), explica: “A cor azul do Universo primitivo é causada pela luz predominantemente azul das estrelas jovens nas galáxias. A cor mais avermelhada da Space Magazine é causada pelo número relativamente maior de estrelas mais velhas e avermelhadas. ”
O líder da equipe, Gregory Rudnick, do Instituto Max-Planck de Astrofísica (Garching, Alemanha), acrescenta: “Como a quantidade total de luz no Universo no passado era quase a mesma de hoje e uma jovem estrela azul emite muito mais luz do que uma velha estrela vermelha, deve ter havido significativamente menos estrelas no jovem universo do que existe agora. Nossas novas descobertas sugerem que a maioria das estrelas do Universo se formou comparativamente tarde, não muito antes do nascimento do Sol, em um momento em que o Universo tinha cerca de 7.000 milhões de anos. ”
Esses novos resultados são baseados em dados exclusivos coletados durante mais de 100 horas de observações com o instrumento multimodo ISAAC no Very Large Telescope (VLT) do ESO, como parte de um grande projeto de pesquisa, o Faint InfraRed Extragalactic Survey (FIRES). As distâncias às galáxias foram estimadas a partir do brilho em diferentes faixas ópticas de comprimento de onda no infravermelho próximo.
Observando o Universo primitivo
Agora é sabido que o Sol foi formado há cerca de 4,5 bilhões de anos atrás. Mas quando a maioria das outras estrelas em nossa galáxia se formou? E as estrelas em outras galáxias? Essas são algumas das perguntas principais da astronomia atual, mas elas só podem ser respondidas por meio de observações com os maiores telescópios do mundo.
Uma maneira de abordar essas questões é observar o universo muito jovem diretamente - olhando para trás no tempo. Para isso, os astrônomos aproveitam o fato de que a luz emitida por galáxias muito distantes viaja muito tempo antes de chegar até nós. Assim, quando os astrônomos olham para esses objetos remotos, eles os veem como apareceram há muito tempo.
Essas galáxias remotas são extremamente fracas, no entanto, e essas observações são, portanto, tecnicamente difíceis. Outra complicação é que, devido à expansão do Universo, a luz dessas galáxias é deslocada para comprimentos de onda mais longos [2], fora da faixa de comprimento de onda óptico e para a região de infravermelho.
Para estudar essas galáxias primitivas em detalhes, os astrônomos devem, portanto, usar os maiores telescópios terrestres, coletando sua luz fraca durante exposições muito longas. Além disso, eles devem usar detectores sensíveis ao infravermelho.
Telescópios como olhos gigantes
O "Hubble Deep Field South (HDF-S)" é uma porção muito pequena do céu na constelação do sul Tucanae ("o Tucano"). Foi selecionado para estudos muito detalhados com o Telescópio Espacial Hubble (HST) e outros telescópios poderosos. As imagens ópticas desse campo obtidas pelo HST representam um tempo total de exposição de 140 horas. Muitos telescópios terrestres também obtiveram imagens e espectros de objetos nesta área do céu, em particular os telescópios do ESO no Chile.
Uma área do céu de 2,5 x 2,5 arcmin2 na direção do HDF-S foi observada no contexto de um estudo completo (o Levantamento Extragalático Infravermelho Fraco; FIRES, veja ESO PR 23/02). É um pouco maior que o campo coberto pela câmera WFPC2 no HST, mas ainda é 100 vezes menor que a área subtendida pela lua cheia.
Sempre que esse campo era visível no Observatório Paranal do ESO e as condições atmosféricas eram ótimas, os astrônomos do ESO apontavam o telescópio VLT ANTU de 8,2 m nessa direção, capturando imagens no infravermelho próximo com o instrumento multimodo ISAAC. No total, o campo foi observado por mais de 100 horas e as imagens resultantes (veja ESO PR 23/02) são as mais profundas vistas terrestres nas bandas Js e H do infravermelho próximo. A imagem da banda Ks é a mais profunda já obtida em qualquer campo do céu nessa banda espectral, seja do solo ou do espaço.
Esses dados exclusivos fornecem uma visão excepcional e agora permitiram estudos sem precedentes da população da galáxia no jovem universo. De fato, devido às condições excepcionais de visualização no Paranal, os dados obtidos com o VLT têm uma excelente nitidez de imagem (uma “visualização” de 0,48 arcseg) e podem ser combinados com os dados ópticos do HST com quase nenhuma perda de qualidade.
Uma cor mais azul
Os astrônomos foram capazes de detectar inequivocamente cerca de 300 galáxias nessas imagens. Para cada um deles, eles mediram a distância determinando o desvio para o vermelho [2]. Isso foi feito por meio de um método aprimorado recentemente, baseado na comparação do brilho de cada objeto em todas as bandas espectrais individuais com o de um conjunto de galáxias próximas.
Dessa forma, galáxias foram encontradas no campo com redshifts tão altos quanto z = 3,2, correspondendo a distâncias em torno de 11.500 milhões de anos-luz. Em outras palavras, os astrônomos estavam vendo a luz dessas galáxias muito remotas como estavam quando o Universo tinha apenas cerca de 2,2 bilhões de anos.
Os astrônomos determinaram em seguida a quantidade de luz emitida por cada galáxia de tal maneira que os efeitos do desvio para o vermelho foram "removidos". Ou seja, eles mediram a quantidade de luz em diferentes comprimentos de onda (cores), como seria registrada por um observador próximo àquela galáxia. Isso, é claro, refere-se apenas à luz das estrelas que não são fortemente obscurecidas pelo pó.
Resumindo a luz emitida em diferentes comprimentos de onda por todas as galáxias em uma determinada época cósmica, os astrônomos poderiam também determinar a cor média do Universo (a “cor cósmica”) naquela época. Além disso, eles foram capazes de medir como essa cor mudou, à medida que o Universo ficou mais velho.
Eles concluem que a cor cósmica está ficando mais vermelha com o tempo. Em particular, era muito mais azul no passado; agora, com quase 14.000 milhões de anos, o universo tem uma espécie de cor bege.
Quando as estrelas se formaram?
A mudança da cor cósmica com o tempo pode ser interessante por si só, mas também é uma ferramenta essencial para determinar a rapidez com que as estrelas foram montadas no Universo.
De fato, enquanto a formação estelar em galáxias individuais pode ter histórias complicadas, às vezes acelerando em verdadeiras "explosões estelares", as novas observações - agora baseadas em muitas galáxias - mostram que a "história média" da formação estelar no Universo é muito mais simples. Isso é evidente pela mudança suave e observada da cor cósmica à medida que o Universo se torna mais velho.
Usando a cor cósmica, os astrônomos também foram capazes de determinar como a idade média das estrelas relativamente não observadas no Universo mudou com o tempo. Como o Universo era muito mais azul no passado do que é agora, eles concluíram que o Universo não está produzindo tantas estrelas azuis (alta massa, vida curta) agora como era antes, enquanto ao mesmo tempo a vermelha (baixa massa) estrelas de longa duração) de gerações anteriores de formação de estrelas ainda estão presentes. Estrelas azuis e massivas morrem mais rapidamente que estrelas vermelhas e de baixa massa e, portanto, à medida que a idade de um grupo de estrelas aumenta, as estrelas azuis de vida curta morrem e a cor média do grupo fica mais vermelha. O mesmo fez o Universo como um todo.
Esse comportamento tem alguma semelhança com a tendência de envelhecimento nos países ocidentais modernos, onde nascem menos bebês do que no passado e as pessoas vivem mais que no passado, com o efeito total de que a idade média da população está aumentando.
Os astrônomos determinaram quantas estrelas já haviam se formado quando o Universo tinha apenas cerca de 3.000 milhões de anos. Estrelas jovens (de cor azul) emitem mais luz do que estrelas mais velhas (mais vermelhas). No entanto, como havia tanta luz no Universo jovem quanto hoje - embora as galáxias agora sejam muito mais vermelhas - isso implica que havia menos estrelas no Universo primitivo do que hoje. O presente estudo indica que havia dez vezes menos estrelas no início do que no momento.
Finalmente, os astrônomos descobriram que aproximadamente metade das estrelas nas galáxias observadas foram formadas após o tempo em que o Universo tinha cerca da metade da idade (7.000 milhões de anos após o Big Bang) do que é hoje (14.000 milhões de anos).
Embora esse resultado tenha sido derivado de um estudo de um campo celeste muito pequeno e, portanto, possa não ser completamente representativo do Universo como um todo, o presente resultado foi mostrado em outros campos celestes.
Fonte original: Comunicado de imprensa do ESO
