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O “telescópio que comeu a astronomia” vai olhar para a Idade das Trevas do Universo

Astrónomos da NASA vão usar o Telescópio Espacial James Webb para olhar para trás no tempo até à Idade das Trevas do Universo.

Alguns chamaram o Telescópio Espacial James Webb da NASA de “telescópio que comeu a astronomia”. É o telescópio espacial mais poderoso já construído e uma peça complexa de origami mecânico que ultrapassou os limites da engenharia humana. Em 18 de dezembro de 2021, após anos de atrasos e mil milhões de dólares em despesas, o telescópio está programado para entrar em órbita e inaugurar a próxima era da astronomia.

Algumas das maiores perguntas não respondidas sobre o Universo estão relacionadas com os primeiros anos logo após o Big Bang. Quando é que as primeiras estrelas e galáxias se formaram? O que veio primeiro e porquê? Os astrónomos podem em breve descobrir a história de como as galáxias começaram, porque o telescópio James Webb foi construído especificamente para responder a essas mesmas perguntas.

Evidências mostram que o Universo começou com um evento chamado Big Bang há 13,8 mil milhões de anos. O Universo começou a expandir-se imediatamente após o Big Bang, arrefecendo enquanto acontecia. Um segundo depois do Big Bang, o Universo tinha cem biliões de milhas de diâmetro com uma temperatura média de 10 mil milhões de graus centígrados).

Cerca de 400.000 anos após o Big Bang, o Universo tinha 10 milhões de anos-luz de diâmetro e a temperatura tinha arrefecido para 3.000 ºC. Se alguém estivesse lá para ver neste momento, o Universo estaria a brilhar num vermelho opaco.

Durante todo este tempo, o Espaço foi preenchido com uma sopa de partículas de alta energia, radiação, hidrogénio e hélio. Não havia estrutura. À medida que o Universo em expansão tornava-se maior e mais frio, a sopa foi ficando mais fina e tudo escureceu. Este foi o início do que os astrónomos chamam de Idade das Trevas do Universo.

Embora não houvesse nada para ver, a Idade das Trevas foi uma fase importante na evolução do Universo.

À procura da primeira luz

A Idade das Trevas terminou quando a gravidade formou as primeiras estrelas e galáxias que eventualmente começaram a emitir a primeira luz. Embora os astrónomos não saibam quando aconteceu a primeira luz, o melhor palpite é que foi várias centenas de milhões de anos após o Big Bang. Os astrónomos também não sabem se foram estrelas ou galáxias a formar-se primeiro.

As teorias atuais sugerem que pequenos objetos — como estrelas e aglomerados de estrelas — provavelmente formaram-se primeiro e depois transformaram-se em galáxias anãs e depois em galáxias maiores, como a Via Láctea.

Estas primeiras estrelas do Universo eram enormes objetos em comparação com as estrelas de hoje. Eram um milhão de vezes mais brilhantes, mas viveram vidas muito curtas. Eram quentes e brilhantes e, quando morriam, deixavam para trás buracos negros com até cem vezes a massa do Sol, que poderiam ter atuado como sementes para a formação de galáxias.

Os astrónomos adorariam estudar esta era fascinante e importante do Universo, mas detetar a primeira luz é incrivelmente desafiante. Em comparação com as galáxias massivas e brilhantes de hoje, os primeiros objetos eram muito pequenos e, devido à constante expansão do universo, estão agora a dezenas de mil milhões de anos-luz de distância da Terra.

Além disso, as primeiras estrelas foram cercadas por gás que sobrou da sua formação e agiu como uma névoa que absorveu a maior parte da luz. Demorou várias centenas de milhões de anos para a radiação dissipar a névoa. Esta luz inicial é muito fraca quando chega à Terra.

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Mas este não é o único desafio.

À medida que o Universo se expande, estende-se continuamente o comprimento de onda da luz que viaja por ele — um fenómeno conhecido por redshift.

No momento em que a luz emitida por uma estrela ou galáxia primitiva há 13 mil milhões de anos atinge qualquer telescópio na Terra, foi esticada por um fator de 10 pela expansão do Universo. Esta chega como luz infravermelha, o que significa que tem um comprimento de onda maior do que o da luz vermelha. Para ver a primeira luz, deve-se procurar a luz infravermelha.

Telescópio como máquina do tempo

É aqui que entra o Telescópio Espacial James Webb.

Os telescópios são como máquinas do tempo. Se um objeto está a 10.000 anos-luz de distância, isto significa que a luz leva 10.000 anos a chegar à Terra. Portanto, quanto mais longe no Espaço os astrónomos olham, mais para trás no tempo olham.

Os engenheiros otimizaram o telescópio James Webb para detetar especificamente a fraca luz infravermelha das primeiras estrelas ou galáxias. Comparado ao Telescópio Espacial Hubble, o James Webb tem um campo de visão 15 vezes mais amplo na sua câmara, recolhe seis vezes mais luz e os seus sensores são ajustados para serem mais sensíveis à luz infravermelha.

A estratégia será olhar profundamente para um pedaço do céu por um longo tempo, recolhendo o máximo de luz e informações das galáxias mais distantes e mais antigas possível. Com esses dados, pode ser possível responder quando e como é que a Idade das Trevas terminou, mas há muitas outras descobertas importantes a serem feitas.

Por exemplo, desvendar essa história também pode ajudar a explicar a natureza da matéria escura, a forma misteriosa de matéria que compõe cerca de 80% da massa do Universo.

  ZAP // The Conversation

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