Há algumas semanas, a NASA lançou um novo mapa do céu completo em luz infravermelha. Vem da missão Espectrofotômetro para a História do Universo, Época da Reionização e Explorador de Gelo (SPHEREx ou espectrofotômetro para a história do Universo, a era da reionização e a exploração do gelo em francês) que, durante os dois anos seguintes ao seu lançamento em março de 2025, coletará dados sobre mais de 450 milhões de galáxias e mais de 100 milhõesestrelas do Via Láctea para explorar as origens do Universo e da vida.
O mapa é o resultado de observações de satélite de uma órbita polar baixo que orbita a Terra aproximadamente 14,5 vezes por dia de um pólo a outro, enquanto tira aproximadamente 3.600 imagens ao longo de uma faixa circular do céu. Com o passar dos dias e a revolução da Terra em torno do Solo campo de visão do SPHEREx muda, então leva seis meses para capturar o céu inteiro.
A missão SPHEREx mapeia todo o céu como nenhuma espaçonave antes. Para isso, a SPHEREx necessita de equipamentos especializados. Três cones concêntricos, chamados escudos de fótons, circundam o telescópio e bloqueiam a luz e o calor do Sol, da Terra e do próprio telescópio. Manter uma temperatura baixa reduz a radiação infravermelha, permitindo que o SPHEREx detecte objetos muito fracos e extremamente distantes. Para obter uma tradução francesa bastante precisa, clique no retângulo branco no canto inferior direito. As legendas em inglês devem aparecer. Em seguida, clique na porca à direita do retângulo, depois em “Legendas” e por fim em “Traduzir automaticamente”. Escolha “Francês”. © NASA, Laboratório de Propulsão a Jato (JPL)
Um novo olho infravermelho cósmico para a noosfera
A missão envolve astronomia infravermelha como muitas outras antes dela, mas com novas características e precisão. Os instrumentos do satélite – que são arrefecidos através de uma engenhosa tecnologia passiva (baseada em reflectores térmicos cónicos que protegem o telescópio do aquecer do Sol e da Terra, sem qualquer eletricidade ou refrigerantecomohélio líquido, não é usado) – permite observação 102 comprimentos de onda diferente no infravermelho e para sondar estratos de luz profundamente na história do cosmos observável desde a famosa época da reionização, entre algumas centenas de milhões de anos e um bilhão de anos após a Big Bang.
O James-Webb se sai melhor no infravermelho, mas não foi projetado para fornecer cobertura celestial completa.
Do tamanho de um carro subcompacto, o telescópio espacial SPHEREx da NASA mapeará todo o céu para estudar a rápida expansão do Universo após o Big Bang, a composição de sistemas planetários jovens e a história evolutiva das galáxias. Para obter uma tradução francesa bastante precisa, clique no retângulo branco no canto inferior direito. As legendas em inglês devem aparecer. Em seguida, clique na porca à direita do retângulo, depois em “Legendas” e por fim em “Traduzir automaticamente”. Escolha “Francês”. © NASA, Laboratório de Propulsão a Jato (JPL)
As imagens hoje reveladas como falsas cores para torná-los visíveis para oolho são esteticamente espetaculares mas, no momento, nenhuma análise do seu conteúdo está oficialmente disponível. Isto vai mudar e os objectivos da missão SPHEREx são bem conhecidos.
Existem dois principais.
O primeiro objeto de estudo diz respeito à origem da água e moléculas carbono e nitrogênio biogênicos em nossa Via Láctea. Foi observado há muito tempo em nuvens interestelares onde as estrelas e os planetas se formam e, em particular, nas camadas de gelo do poeira interestelar. Mas, preferiríamos determinar as abundâncias e distribuição em relação à formação subsequente de exoplanetas capaz de sustentar a vida.
O segundo objeto de estudo do SPHEREx é tentar saber mais sobre os mecanismos por trás da teoria da inflação cósmica e da formação de grandes estruturas que reúnem o aglomerado de galáxias.
Durante aproximadamente 13,8 mil milhões de anos, o Universo continuou a evoluir. Ao contrário do que nos dizem os nossos olhos quando contemplamos o céu, o que o compõe está longe de ser estático. Os físicos fazem observações em diferentes idades do Universo e realizam simulações nas quais reproduzem sua formação e evolução. Parece que a matéria escura desempenhou um papel importante desde o início do Universo até à formação das grandes estruturas observadas hoje. © CEA Pesquisa
Mas qual é a teoria da inflação cósmica?
Do início da década de 1970 ao início da década de 2010, todas as observações convergiram para apoiar a ideia de que o nosso Universo observável, que pode não ser representativo de tudo o que existe como os cosmólogos há muito sabem, pode ser considerado descrito com excelente aproximação por uma solução do equações do relatividade geral deEinstein do tipo FLRW em relação aoespaço-temposua estrutura e sua dinâmica. Tal solução tem tempo zero, uma idade finita, mas os cosmólogos sabem há muito tempo que este não é necessariamente o caso, por isso, quando falam sobre a teoria do Big Bang ou a idade do Universo, estão a considerar uma teoria em que o conteúdo do Universo observável era muito mais quente, mais denso e menos organizado há cerca de 13,8 mil milhões de anos.
Eles estão razoavelmente certos do que aconteceu, digamos, cerca de um milionésimo de segundo após o tempo zero da solução FLRW, mas não existe consenso para falar sobre o que aconteceu antes e especialmente nenhuma evidência realmente convincente.
No entanto, do final da década de 1970 ao início da década de 1980, vários investigadores, incluindo François Englert e Robert Brout, bem como Alexeï Starobinski primeiro, depois Alan Guth e Andreï Linde, apresentaram vários argumentos para introduzir bem antes deste milionésimo de segundo uma fase de transição muito curta, mas exponencialmente acelerada, da expansão do cosmos observável.
Isso tornou possível resolver alguns mistérios da teoria do Big Bang. Várias teorias, algumas das quais avançaram para explicar o enigma daantimatéria cosmológico, apoiou este modelo inflacionário da expansão do espaço e deu como bônus um meio de explicar onde o matéria contido no Universo observável e por que ele estava se expandindo.
Junte-se a Katie Mack, Cátedra Hawking em Cosmologia e Comunicação Científica na Perimeter, para uma viagem extraordinária pelo cosmos em nossa nova série, Cosmologia 101. Cosmologia é o estudo da evolução do Universo. É a história da criação das menores partículas e átomos que constituem os nossos próprios corpos e das forças invisíveis que governam a nossa existência. Esta é a história dos buracos negros e da matéria escura, das explosões espetaculares e do crescente silêncio da escuridão. © Instituto Perimeter de Física Teórica, YouTube
Flutuações quânticas na origem da matéria e das galáxias?
Ainda mais fortes, estas teorias e, de forma mais geral, as características de possíveis universos inflacionários prevêem possíveis flutuações na densidade da matéria produzida pela inflação, inclusive na forma de matéria escura. Essas flutuações são quânticas e servem então como germe à criação por colapso força gravitacional de estrelas, galáxias e grandes estruturas que reúnem aglomerados de galáxias.
Os traços e características dessas flutuações e, portanto, das teorias por trás delas, estão presentes nas flutuações de temperatura e polarização do radiação fóssil. Análises de dados do Missão Planck relativas a esta radiação são favoráveis à teoria da inflação, mas não fornecem provas convincentes, pelo menos por enquanto.
Infelizmente, existe um zoológico de possíveis teorias inflacionárias. No entanto, devemos encontrar novas restrições às flutuações de densidade iniciais do Big Bang e às teorias por trás dele, analisando também, desde que tenhamos dados suficientes, as distribuições de galáxias e aglomerados de galáxias.
Os cosmólogos já jogam este jogo há algum tempo com mapas de grandes estruturas galácticas e a sua evolução ao longo do tempo e pretendem ir mais longe com análises dos dados 3D completos da missão SPHEREx, num futuro próximo.