Descascando Camadas do Universo – Observatório Chileno Mapeia 75% do Céu

As descobertas demonstram uma nova estratégia para explorar a física e a história do universo.

Equipado com capacidades únicas para rastrear flutuações de energia de microondas, um pequeno observatório nas montanhas dos Andes, no norte do Chile, produziu mapas de 75% do céu como parte de um esforço para medir com mais precisão a origem e a evolução do universo.

O US National Science Foundation Cosmology Large Angular Scale Surveyor (CLASS), uma colaboração liderada por astrofísicos da Universidade Johns Hopkins, criou os mapas. Ao medir a polarização das microondas, ou a forma como estas ondas de energia se movem em direções específicas, a equipa está a investigar a história e a física do universo – desde os primeiros momentos até à formação de galáxias, estrelas e planetas.

Avanços na análise de fundo cósmico de microondas

Os novos mapas do céu e as interpretações deles pela equipe foram publicados recentemente em O Jornal Astrofísico. O desenvolvimento de hardware, observações e análise de dados foram apoiados pela National Science Foundation.

Os resultados melhoram significativamente as observações onde os cientistas precisam filtrar as microondas, uma forma de luz invisível, emitida pelo nosso via Láctea galáxia, relata a equipe. Espera-se que as descobertas ajudem os cientistas a obter uma melhor compreensão da radiação cósmica de fundo em micro-ondas, a radiação residual do universo quente, denso e jovem que evoluiu ao longo dos seus 13,8 mil milhões de anos de vida. Os cosmólogos usam este sinal para reunir evidências importantes sobre o universo primitivo.

“Ao estudar a polarização da radiação cósmica de fundo, os astrofísicos podem inferir como o Universo deve ter sido em épocas anteriores”, disse Tobias Marriage, professor de física e astronomia da Johns Hopkins que co-lidera a equipa. “Os astrofísicos podem remontar a tempos muito, muito antigos – às condições iniciais, aos primeiros momentos em que a matéria no Universo e a distribuição de energia foram implementadas – e podem ligar tudo isso ao que vemos hoje.”

Aprimorando a compreensão galáctica e cosmológica

Os novos mapas CLASS fornecem informações adicionais sobre um sinal específico chamado polarização linear, que provém da radiação criada por eletrões em movimento rápido que giram em torno do campo magnético da Via Láctea. Este sinal ajuda os cientistas a estudar a nossa galáxia, mas também pode confundir a sua visão do Universo primitivo.

“As descobertas melhoram dramaticamente a nossa compreensão dos processos físicos no universo primitivo que poderiam ter criado um fundo de polarização circular, uma forma distinta de radiação de micro-ondas. Para a polarização linear, os novos resultados melhoraram as medições dos sinais da Via Láctea. Eles mostram um alto grau de concordância e excedem a sensibilidade de missões espaciais anteriores”, disse Charles L. Bennett, professor ilustre da Bloomberg, professor ex-aluno do centenário e bolsista da Johns Hopkins Gilman em física e astronomia.

Os novos mapas celestes de polarização CLASSE têm menos ruído do que os mapas de satélite correspondentes. A direção da polarização é representada por vermelho e azul, enquanto a força da polarização é capturada pela profundidade da cor. As seções cinza representam partes do céu que os telescópios CLASS não podem observar devido à sua localização geográfica. Crédito: Universidade Johns Hopkins

A importância das observações terrestres

“Estudar a radiação remanescente desde o início do universo é fundamental para compreender como todo o cosmos surgiu e por que é do jeito que é”, diz Nigel Sharp, diretor de programa da Divisão de Ciências Astronômicas da NSF, que apoiou o CLASS conjunto de telescópios desde antes de 2010. “Estas novas medições fornecem detalhes essenciais em grande escala dentro do nosso quadro crescente de variações presentes na radiação cósmica de fundo – um feito que é particularmente impressionante porque foi alcançado usando instrumentos terrestres.”

A pesquisa abre caminho para observações mais detalhadas com telescópios terrestres que permitem melhorias contínuas na instrumentação, ao contrário das missões espaciais. O observatório CLASS implementou novas tecnologias, incluindo alimentações de paredes lisas para guiar a radiação do espaço para detectores, detectores personalizados e novos moduladores de polarização. Todos os três foram desenvolvidos em colaboração entre NASA e Johns Hopkins.

“É muito importante conhecer o brilho da emissão da nossa galáxia, a Via Láctea, porque é isso que temos que corrigir para realizar uma análise mais profunda da radiação cósmica de fundo em microondas”, disse o autor principal Joseph Eimer, astrofísico da Johns Hopkins. “O CLASS tem muito sucesso na caracterização da natureza desse sinal para que possamos reconhecê-lo e remover esses contaminantes das observações. O projeto está na vanguarda da promoção de medições de polarização baseadas no solo em escalas maiores.”

A equipa disse que os resultados estabelecem um novo padrão para a detecção de polarização nas maiores escalas a partir de um observatório terrestre, oferecendo possibilidades promissoras para futuras investigações, particularmente com a inclusão de dados CLASS adicionais, tanto já obtidos como de observações em curso.

O observatório CLASS fica a uma altitude de 16.860 pés no Parque Astronómico Atacama, no norte do Chile, sob os auspícios da Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo.

Referência: “CLASS Angular Power Spectra and Map-component Analysis for 40 GHz Observations through 2022” por Joseph R. Eimer, Yunyang Li, Michael K. Brewer, Rui Shi, Aamir Ali, John W. Appel, Charles L. Bennett, Sarah Marie Bruno, Ricardo Bustos, David T. Chuss, Joseph Cleary, Sumit Dahal, Rahul Datta, Jullianna Denes Couto, Kevin L. Denis, Rolando Dünner, Thomas Essinger-Hileman, Pedro Fluxá, Johannes Hubmayer, Kathleen Harrington, Jeffrey Iuliano, John Karakla, Tobias A. Casamento, Carolina Núñez, Lucas Parker, Matthew A. Petroff, Rodrigo A. Reeves, Karwan Rostem, Deniz AN Valle, Duncan J. Watts, Janet L. Weiland, Edward J. Wollack, Zhilei Xu e Lingzhen Zeng , 4 de março de 2024, O Jornal Astrofísico.
DOI: 10.3847/1538-4357/ad1abf

Outros colaboradores estão na Universidade Villanova, no Goddard Space Flight Center da NASA, no Universidade de Chicagoo Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia, o Laboratório Nacional de Argonne, o Laboratório Nacional de Los Alamos, o Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica, o Universidade de Oslo, Instituto de Tecnologia de Massachusetts e Universidade da Colúmbia Britânica. Os colaboradores no Chile estão na Universidade do Chile, Pontifícia Universidade Católica do Chile, Universidade de Concepción e Universidade Católica de la Santísima Concepción.

O estudo foi financiado pela Fundação Nacional de Ciência dos EUA.