O novo Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA vai medir a expansão acelerada do Universo

Os astrónomos que investigam a velocidade a que o universo se está a expandir estão a preparar-se para estudar este enigma de uma nova forma, utilizando o Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA.

O telescópio WFIRST (Wide-field Infrared Survey Telescope) da NASA chama-se agora Telescópio Espacial Nancy Grace Roman, em honra da primeira astrónoma chefe da NASA. Crédito: NASA

Com uma visão panorâmica 200 vezes maior do que a visão infravermelha do Telescópio Espacial Hubble, a vasta quantidade de dados captados pelo próximo Telescópio Espacial Nancy Grace Roman vai mudar o panorama da astronomia.

Os astrónomos interessados em estudar uma variedade de tópicos, incluindo o mistério da energia escura e a taxa de aceleração do universo, estão a preparar-se para tirar melhor partido desta torrente de dados quando esta chegar à Terra, pouco depois do lançamento do telescópio.

Uma equipa está a tentar encontrar supernovas com lentes gravitacionais, objetos que podem ser utilizados num método único para medir a taxa de expansão do Universo. Segundo a equipa, o estudo destas supernovas esquivas pode ter um enorme potencial para o futuro da cosmologia.

Quando o telescópio for lançado, em maio de 2027, os astrónomos irão explorar as vastas imagens do telescópio em busca de supernovas com lentes gravitacionais, que podem ser utilizadas para medir a taxa de expansão do Universo.

Como é que a taxa de expansão é medida?

Existem várias formas independentes através das quais os astrónomos podem medir a atual taxa de expansão do Universo, conhecida como a constante de Hubble. Diferentes técnicas de Relatividade Geral produziram diferentes valores para esta constante.

Grande parte da investigação cosmológica do telescópio "Roman" centrar-se-á na energia escura, que afeta a forma como o Universo se expande ao longo do tempo.

A principal ferramenta para estas investigações é um método bastante tradicional, que compara o brilho intrínseco de objetos como as supernovas de Tipo Ia com o seu brilho percetível para determinar distâncias.

Em alternativa, os astrónomos poderiam utilizar este novo telescópio para examinar supernovas com lentes gravitacionais. Este é um dos métodos tradicionais porque se baseia em métodos geométricos e não no brilho.

Lentes gravitacionais

Utilizando vários observatórios, como o Telescópio Espacial Hubble da NASA e o Telescópio Espacial James Webb, os astrónomos descobriram apenas oito supernovas com lentes gravitacionais no Universo.

No entanto, apenas duas destas oito foram candidatas viáveis para a medição da constante de Hubble, devido ao tipo de supernovas que são e à duração das suas imagens com atraso temporal.

A poderosa gravidade de uma galáxia inserida num enorme aglomerado de galáxias produz múltiplas imagens de uma única supernova distante, muito atrás de si. Crédito: NASA/ESA

A lente gravitacional ocorre quando a luz de um objeto, como uma supernova, a caminho da Terra, passa por uma galáxia ou por um aglomerado de galáxias e é desviada pelo imenso campo gravitacional. A luz divide-se em diferentes trajetórias e forma múltiplas imagens da supernova no céu, tal como a vemos.

Dependendo das diferenças entre as trajetórias, as imagens da supernova sofrem atrasos de horas, meses ou mesmo anos. A medição exata desta diferença nos tempos de chegada entre as múltiplas imagens conduz a uma combinação de distâncias que restringe a constante de Hubble.

Encontrar uma agulha num palheiro

As extensas sondagens de Roman serão capazes de mapear o universo muito mais rapidamente do que o Hubble, vendo mais de 100 vezes a área do Hubble numa única imagem.

Em vez de recolher várias fotografias de árvores, este novo telescópio permitir-nos-á ver toda a floresta num único instantâneo, explicou Pierel de STScI, codiretor de Strolger no programa.

Em particular, o High Latitude Time Domain Survey observará a mesma área do céu repetidamente, permitindo aos astrónomos estudar alvos que mudam ao longo do tempo. Isto significa que haverá uma quantidade extraordinária de dados (mais de 5 mil milhões de pixéis de cada vez) para examinar a fim de encontrar estes acontecimentos raros.

Sem dúvida que todo o potencial das supernovas com lentes gravitacionais tem de ser realizado, porque são tão raras no Universo, depende de um elevado nível de preparação e os astrónomos querem ter todas as ferramentas para encontrar estas supernovas desde o início, de modo a não perderem tempo a peneirar terabytes de dados quando chegarem.

Tecnologia de ponta

O projeto será levado a cabo por uma equipa de investigadores de vários centros da NASA e de universidades de todo o país e a preparação será feita em várias fases, criando canais de redução de dados concebidos para detetar automaticamente supernovas com lentes gravitacionais nas imagens recebidas.

Para treinar estes canais, os investigadores vão também criar imagens simuladas: são necessárias 50.000 lentes simuladas, sendo que atualmente apenas se conhecem 10.000 lentes reais.

Roman é a primeira oportunidade de criar uma amostra padrão de supernovas com lentes gravitacionais. Todos os preparativos irão agora produzir todos os componentes necessários para assegurar que podemos efetivamente explorar o enorme potencial cosmológico destas entidades.