Olhando para o Universo profundo em 3D

Esta composta imagem profunda apresenta a região conhecida como Hubble Deep Field South, obtida pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA. As novas observações obtidas com o instrumento MUSE instalado no Very Large Telescope do ESO detectaram galáxias remotas que não foram observadas pelo Hubble. Está destacado dois exemplos nesta imagem. Estes objetos são completamente invisíveis na imagem do Hubble, mas aparecem de forma proeminente nas regiões apropriadas da imagem em três dimensões obtida pelo MUSE. Crédito: © ESO/MUSE Consortium/R. Bacon

 O instrumento MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) instalado no Very Large Telescope (VLT) do ESO deu aos cientistas a melhor visão tridimensional do Universo profundo obtida até hoje.

 Após observar a região do Hubble Deep Field South (HDF-S) durante 27 horas, as novas observações revelam distâncias, movimentos e outras propriedades do que as que tinham sido observadas até agora nesta minúscula região do céu.

Nesta imagem os objetos para os quais foram medidas as suas distâncias com o MUSE estão assinalados com símbolos coloridos. As estrelas brancas correspondem a estrelas tênues da Via Láctea. Todos os demais símbolos correspondem a galáxias longínquas. Os círculos mostram objetos que aparecem também na imagem do Hubble deste campo, os triângulos são mais de 25 novas descobertas nos dados MUSE, não sendo visíveis na imagem do Hubble. Os objetos azuis estão relativamente próximos, os verdes e amarelos encontram-se mais distantes e os violetas e cor de rosa são galáxias que são observadas quando o Universo tinha menos de um bilhão de anos de idade. O MUSE mediu mais de dez vezes o número de distâncias das galáxias longínquas neste campo do que se tinha conseguido anteriormente. Crédito: © ESO/MUSE consortium/R. Bacon

 Estas observações revelam também objetos previamente desconhecidos nas observações do Hubble. Ao obter imagens através de exposições muito longas de regiões do céu, astrônomos criaram muitos campos profundos que revelaram-nos muito sobre o Universo primordial.

 O mais famoso destes campos foi o Hubble Deep Field (Campo Profundo de Hubble), obtido pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA durante vários dias no final de 1995.

Este mapa apresenta a localização do Hubble Deep Field South (HDF-S) na constelação austral do Tucano. Estão assinaladas todas as estrelas visíveis a olho nu numa noite escura e límpida. O objeto mais famoso nesta região é a Pequena Nuvem de Magalhães, mas as galáxias do HDF-S encontram-se centenas de milhares de vezes mais distantes e são bilhões de vezes mais tênues. Crédito: © ESO, IAU e Sky & Telescope

 Esta imagem icônica transformou rapidamente o nosso conhecimento do conteúdo do Universo quando ainda era jovem. Foi seguida dois anos depois por uma imagem semelhante do céu austral — o Hubble Deep Field South.

 No entanto, estas imagens não contêm todas as respostas — para investigar melhor as galáxias nas imagens do campo profundo, os astrônomos tiveram que observar cada um destes objetos cuidadosamente com outros instrumentos, um trabalho difícil e demorado.

Esta imagem obtida pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA é uma das imagens do Universo no visível/ultravioleta mais profundas já observada. A imagem mostra uma pequena região na Constelação do Tucano, a Hubble Deep Field South. A imagem foi capturada em 1998 pela câmera Wide Field Planetary Camera 2. A radiação emitida pelas galáxias foi também analisada com o espectrógrafo Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS). Crédito: © R. Williams (STScI), HDF-S Team & NASA/ESA

 Agora e pela primeira vez, o novo instrumento MUSE pode realizar as duas funções ao mesmo tempo — e muito mais rápido. Uma das primeiras observações do MUSE depois de ter sido instalado no VLT em 2014 foi observar o HDF-S. Os resultados obtidos excederam todas as expectativas.

 “Depois de apenas algumas horas de observações no telescópio, demos uma olhada rápida nos dados e descobrimos muitas galáxias — o que foi muito encorajador”.

 “Quando voltamos para a Europa, começamos a explorar os dados com mais detalhe”.

 “Era como pescar em águas profundas e cada nova descoberta gerava muito entusiasmo e debate sobre o tipo de objetos que íamos descobrindo”, explicou Roland Bacon (Centre de Recherche Astrophysique de Lyon, na França), pesquisador principal do instrumento MUSE e líder da equipe de comissionamento.

Este episódio do ESOcast explica (em inglês) porque é que estas novas observações do MUSE são tão significativas e apresenta como é que os astrônomos interpretam os cubos de dados tridimensionais do Universo longínquo. Crédito: © ESO

 Para cada parte da imagem, temos não apenas um pixel numa imagem, mas também um espectro que revela a intensidade das diferentes componentes de cor da radiação nesse ponto — cerca de 90 mil espectros no total.

 Estes dados revelam a distância, composição e movimentos internos de centenas de galáxias distantes — além de capturarem também um pequeno número de estrelas muito tênues na Via Láctea.

Os dados tridimensionais podem ser observados como uma pilha de milhares de imagens individuais em diferentes comprimentos de onda, estendendo-se desde a parte azul do espectro até ao infravermelho próximo. Como muitas galáxias no Universo distante emitem apenas em determinados comprimentos de onda, estes objetos apresentam-se como breves lampejos nesta visualização. Crédito: © ESO/MUSE Consortium/R. Bacon

 Embora o tempo de exposição tenha sido muito mais curto que o utilizado para obter as imagens do Hubble, os dados MUSE do HDF-S revelaram mais de vinte objetos muito tênues nesta pequena região do céu que o Hubble não conseguiu capturar.

 “Houve um grande entusiasmo quando descobrimos galáxias muito distantes que não eram sequer visíveis na imagem mais profunda do Hubble, depois de tantos anos trabalhando arduamente neste instrumento, ver os nossos sonhos tornarem-se realidade constituiu uma forte experiência para mim”, acrescenta Bacon.

O instrumento MUSE montado no Very Large Telescope do ESO deu aos astrônomos a melhor visão tridimensional do Universo profundo obtida até hoje. Após observar a região do Hubble Deep Field South durante apenas 27 horas, as novas observações revelam distâncias, movimentos e outras propriedades de muito mais galáxias do que as que tinham sido observadas até agora nesta minúscula região do céu. Estas observações também revelam objetos previamente desconhecidos nas observações do Hubble.

 Ao observar cuidadosamente todos os espectros das observações MUSE do HDF-S, a equipe mediu as distâncias de 189 galáxias. Estas distâncias vão desde objetos relativamente próximos até alguns que são observados quando o Universo tinha menos de um bilhão de anos de idade.

 Este valor corresponde a mais de dez vezes as medidas de distância que tínhamos antes para esta região do céu. Para as galáxias mais próximas, o MUSE pode observar também as diversas propriedades nas diferentes regiões da mesma galáxia.

 Este aspecto revela como é que as galáxias rotacionam e mostra-nos variações de outras propriedades de lugar para lugar. Esta é uma maneira poderosa de compreender como é que as galáxias evoluem ao longo do tempo cósmico.

 “Agora que demonstramos as capacidades únicas do MUSE para explorar o Universo profundo, vamos observar outros campos profundos como o Hubble Ultra Deep Field”. “Poderemos estudar milhares de galáxias e descobrir novas galáxias extremamente distantes e tênues”.

Algumas galáxias próximas foram selecionadas mostrando-se a sua rotação — regiões da galáxia de um lado mostram-se primeiro (porque se deslocam na nossa direção e consequentemente apresentam um desvio para o azul) e o outro lado parece afastar-se (apresentam, portanto, um desvio para o vermelho). Crédito: © ESO/MUSE Consortium/R. Bacon

 “Estas pequenas galáxias bebês, observadas tal como eram há mais de 10 bilhões de anos atrás, foram crescendo gradualmente, tornando-se galáxias como as que observamos hoje, como por exemplo a Via Láctea”, conclui Bacon.

 Cada espectro cobre um domínio de comprimentos de onda que vai desde a região azul do espectro electromagnético até ao próximo infravermelho (375-930 nanômetros).

 O MUSE é particularmente sensível a objetos que emitem a maior parte da sua energia a alguns comprimentos de onda particulares, uma vez que esta radiação apresenta-se como pontos brilhantes nos dados.

Esta versão está sobreposta à imagem deste campo obtida com o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA. Crédito: © ESO/MUSE Consortium/R. Bacon

 As galáxias no Universo primordial possuem tipicamente espectros deste tipo, já que contêm hidrogênio gasoso que brilha devido à radiação ultravioleta emitida por jovens estrelas quentes.

Este trabalho foi descrito no artigo científico intitulado “The MUSE 3D view of the Hubble Deep Field South” de Roland Bacon, que foi publicado hoje (26) na revista especializada Astronomy & Astrophysics.

‣ Fonte: ESO (European Southern Observatory)