Como o Telescópio Espacial Hubble mudou o Universo
Astronaut Story Musgrave em um EVA para o Telescópio Espacial Hubble. Crédito da imagem: NASA/STS-61.
Ciência, imagens e uma revolução no que sabemos está por aí.
A história da astronomia é uma história de retrocessos de horizontes. – Edwin Hubble
O Telescópio Espacial Hubble tirou suas primeiras imagens em 1990, mas havia um problema: o espelho primário estava com defeito. Tinha um formato ligeiramente errado, o que significava que as imagens que ele retornava acabavam levemente borradas e imperfeitas. Foi realmente a partir de 1993 – após a primeira missão de manutenção – que a ciência realmente começou a disparar. Isso, claro, e a admiração que nos trouxe de volta.
O astronauta Jeffrey Hoffman remove a Wide Field and Planetary Camera 1 (WFPC 1) durante as operações de troca. Crédito da imagem: NASA, da primeira missão de manutenção do Hubble.
Não apenas corrigimos o problema inicial do espelho primário e da aberração esférica, mas também conseguimos atualizar a câmera principal. O que instalamos – a Wide Field Planetary Camera 2 (WFPC2) – foi sem dúvida a câmera que mudou o Universo.
O design da câmera de campo amplo e planetária 2. Crédito da imagem: STScI, via http://www.stsci.edu/instrument-news/handbooks/wfpc2/W2_14.html .
De 1993 a 2009, a WFPC2 foi a principal câmera de trabalho do Telescópio Espacial Hubble e tirou uma infinidade de imagens icônicas ao longo de sua vida. Basta olhar para qual foi a diferença para o Hubble antes e depois da primeira missão de manutenção!
A diferença de antes e depois entre WFPC1 e WFPC2. Crédito da imagem: NASA / STScI, via http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/1994/01/ .
Embora uma quantidade incrível de ciência tenha sido revolucionada, cinco avanços se destacam, em particular, como imagens que mudaram nosso Universo para sempre.
1.) O campo profundo original do Hubble . Quando você olha para o céu noturno, em alguns lugares há estrelas e em outros lugares é apenas um abismo preto e vazio. Você pode ver mais estrelas com binóculos do que a olho nu, e mais com um telescópio do que com binóculos. Mas, em algum momento, você terá visto tudo.
Bem, em 1995, eles decidiram fazer um experimento interessante com o Telescópio Espacial Hubble. Vamos pegar um pedaço de céu em branco, um sem praticamente nenhuma estrela, um sem galáxias, aglomerados ou – praticamente – qualquer coisa de interesse nele. E vamos apontar nosso telescópio para ele, por dias, e vamos ver o que aparece.
O alvo original do Hubble Deep Field. Crédito da imagem: NASA / Digital Sky Survey, STScI.
Esta imagem tem apenas um grau de cada lado, ou apenas 0,005% do céu noturno. Assim, você pode apreciar o quão minúscula é essa área: o céu noturno tem cerca de 20.000 graus quadrados, enquanto essa pequena área é inferior a 0,002 graus quadrados! Existem cinco estrelas fracas neste campo e – antes do Hubble – elas eram as únicas coisas que conhecíamos nesta área.
Ao longo de 10 dias, o WFPC2 tirou 342 imagens deste abismo, olhando para este pequeno pedaço preto do céu onde nada parecia estar, contando um fóton aqui, um fóton ali, e muitas vezes não vendo uma única coisa por minutos a fio . No final de 10 dias, eles juntaram tudo e aqui está o que encontraram.
Todo o Campo Profundo do Hubble. Crédito da imagem: R. Williams (STScI), a Equipe de Campo Profundo do Hubble e a NASA.
Você sabe o quão notável isso é? Cada ponto de luz nesta imagem que não era uma das cinco estrelas identificadas no topo é sua própria galáxia! Não tínhamos ideia de quão profundo, denso e cheio de coisas o Universo é até tirarmos esta foto. Você tem ideia de quantas galáxias existem nesta imagem? Alguma ideia – em menos de 0,002 graus quadrados – quantas galáxias existem?
Bem, vamos pegar apenas 8% desta imagem, ampliada, é claro, para que você possa contar.
8% do Hubble Deep Field original. Vá em frente e conte-os! Crédito da imagem: R. Williams (STScI), a Equipe de Campo Profundo do Hubble e a NASA.
E lembre-se, cada gota, borrão ou ponto luminoso distante é uma galáxia! Há cerca de 350 deles nesta imagem, de acordo com minhas contas, mais ou menos. Se fizermos as contas e extrapolarmos isso para todo o céu noturno em ambos os hemisférios (cerca de 40.000 graus quadrados), obteremos que existem 10¹¹ galáxias no Universo, ou 100.000.000.000 galáxias!
Pela primeira vez, tivemos a confirmação de que existem pelo menos cem bilhões de galáxias em nosso Universo.
Júpiter e seu sistema ativo de nuvens em faixas. Crédito da imagem: NASA, ESA e Hubble Heritage Team (AURA/STScI).
2.) Júpiter, o maior planeta do nosso Sistema Solar. Claro, é uma bela visão, e o Hubble pode nos fornecer vistas incríveis de suas bandas, sua grande mancha vermelha e até mesmo sua Lua mais próxima, Io, em erupção ativa.
Uma pluma de erupção ativa em Io. Crédito da imagem: JPL/NASA/STScI, via http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA01256 .
Mas, de longe, a maior emoção - e a maior coisa que já viu nessa frente - nasceu de pura serendipidade. Em 1994, o Hubble imaginou Júpiter sendo atingido por um cometa!
Imagem de alta resolução dos fragmentos do cometa dilacerado por Júpiter, antes do impacto final. Crédito da imagem: NASA, ESA e H. Weaver e E. Smith (STScI).
Primeiro observou a fragmentação do cometa (acima), depois observou os múltiplos locais de impacto em Júpiter (abaixo), que abriram buracos através das nuvens maciças e rodopiantes!
As cicatrizes em Júpiter do impacto do cometa Shoemaker-Levy. Crédito da imagem: Equipe de Cometas do Telescópio Espacial Hubble e NASA.
As únicas melhores imagens que já obtivemos de Júpiter vieram fisicamente de Júpiter.
E, no entanto, há coisas ainda mais maravilhosas que o Hubble fez.
Crédito da imagem: NASA, STScI/AURA e Hubble Heritage Team, via http://heritage.stsci.edu/2002/21/ .
3.) Não apenas espirais e elípticas, mas o Hubble tira uma imagem louca de uma galáxia em anel ultra-rara . Existem duas teorias sobre o que faz uma galáxia em anel, e ambas parecem razoáveis.
- Acreção: uma galáxia em queda (ou qualquer quantidade de matéria) pode ser dilacerada por uma galáxia massiva e agregada em um anel circular ao seu redor. Eles definitivamente existem, pois são a única explicação para Galáxias de anel polar . Mas pode haver um segundo tipo.
- Uma ondulação de uma colisão: uma galáxia massiva pode passar pelo centro de outra galáxia massiva. A ondulação de matéria e gás que se move para fora pode desencadear a formação de estrelas ao redor da ondulação. Essa teoria existe desde a década de 1970, mas nunca houve evidências incontestáveis para ela.
Isto é, até o Hubble (com WFPC2, é claro) tirar essa foto.
O sistema de interação gravitacional, Arp 147. Crédito da imagem: Arp 147, via NASA, ESA e M. Livio (STScI).
Diga olá para Arp 14 7, o único par conhecido de galáxias que interagem gravitacionalmente onde ambas têm anéis! Com base em seu movimento, podemos dizer que eles estão se afastando um do outro e estão à mesma distância de nós.
Isso significa que eles acabaram de colidir e, como ambos têm anéis, isso nos diz que a ondulação da formação estelar está acontecendo em ambas as galáxias! É a única vez que observamos isso para duas galáxias, e devemos tudo ao Hubble!
Um sistema de lente gravitacional perfeitamente alinhado criará um anel. Crédito da imagem: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF.
4.) Lentes gravitacionais . De vez em quando, temos muita sorte no Universo. Em vez de olhar para fora e ver uma galáxia ou um aglomerado de galáxias, temos duas ou mais galáxias ou aglomerados que estão todos alinhados um com o outro. Quando isso acontece, a galáxia ou aglomerado no meio age como uma lente e pode ampliar e distorcer a imagem do que está por trás dele.
Em teoria, você deve obter arcos das imagens com lentes que são ampliadas e esticadas ou presentes em várias imagens. Na prática, isso é muito difícil de fazer, por causa de quão fracos esses objetos distantes são e quão suscetíveis eles são à distorção atmosférica. Veja como eram as lentes gravitacionais antes e depois do Telescópio Espacial Hubble.
Duas imagens terrestres (esquerda) e uma imagem do Hubble de 1990 (direita) do mesmo quasar distante de quatro imagens, conhecido como Einstein Cross.
Se a imagem à direita for uma decepção, devemos estar! É pouco melhor do que o que vemos do chão. Mas essa é uma imagem do Hubble de 1990, antes dos reparos e antes da nova câmera.
Graças ao WFPC2, um grande número de lentes gravitacionais – múltiplas imagens, arcos e grande ampliação – foi encontrado.
Uma série de lentes gravitacionais encontradas pelo Hubble. Crédito da imagem: Kavan Ratnatunga (Carnegie Mellon Univ.) e NASA/ESA.
Mas fica ainda melhor. Quando você olha para um aglomerado, às vezes você tem sorte, e há galáxias (ou mesmo outros aglomerados) diretamente atrás dele. Essas galáxias de fundo podem aparecer como imagens de lentes. Você vê aqueles arcos azuis, que parecem traçar parte de um círculo? Essas são as mesmas poucas galáxias, esticadas e mostradas várias vezes. Por causa da alta resolução do Hubble com WFPC2, eles foram capazes de extrair quais imagens eram da mesma galáxia e reconstruir resoluções para menos de um segundo de arco, ou 1/12.960.000 de um grau quadrado!
Quatro imagens independentes de uma galáxia com lentes múltiplas. Crédito da imagem: W.N. Colley e E. Turner (Universidade de Princeton), J.A. Tyson (Bell Labs, Lucent Technologies) e NASA/ESA.
Algum dia em breve, poderemos usar essa técnica para determinar o quanto os vários caminhos de luz estão atrasados, pois quando um evento transitório ocorre nesta galáxia de fundo - como uma supernova - ele aparecerá em quatro momentos diferentes em cada imagem ! Já vimos isso acontecer, novamente graças ao Hubble, mas em uma configuração diferente.
E finalmente…
5.) Estrelas: como nascem e como morrem . Talvez nenhuma outra ferramenta, sempre , tem sido mais útil para descobrir como as estrelas nascem e como elas morrem do que o WFPC2. Muitas estrelas, no final de suas vidas, explodem suas camadas externas, criando um brilho nebulosa planetária que vive cerca de 10.000 anos.
O Telescópio Espacial Hubble com WFPC2 examinou a nebulosa do Olho de Gato há cerca de 15 anos, tornando-a a primeira nebulosa planetária fotografada com a nova óptica e WFPC2. Os resultados?
A primeira imagem do Hubble da Nebulosa do Olho de Gato. Crédito da imagem: J.P. Harrington e K.J. Borkowski (Universidade de Maryland) e NASA/ESA.
A sério. Existe alguma coisa a dizer além de puta merda?! Mas fica melhor . Veja, essas coisas sujam completamente a Via Láctea. Podemos fazer uma estimativa; existem cerca de 400 bilhões de estrelas em nossa galáxia, cada estrela vive cerca de 10 bilhões de anos, o que significa que cerca de 40 estrelas morrem por ano. Isso significa que, a qualquer momento, existem cerca de 400.000 nebulosas planetárias em nossa galáxia. Existem alguns espetaculares que o WFPC2 capturou, como a Nebulosa da Ampulheta:
A Nebulosa da Classe-Hora. Crédito da imagem: R. Sahai e J. Trauger (JPL), Equipe Científica do WFPC2 e NASA.
A nebulosa Hubble 5:
A nebulosa Hubble 5, colorida com base nas linhas de oxigênio e nitrogênio. Crédito de imagem: ESA/Hubble & NASA.
E a nebulosa Mz3, conhecida como Nebulosa da Formiga.
A Nebulosa da Formiga como fotografada pelo Hubble. Crédito de imagem: ESA/Hubble & NASA.
E assim esta câmera nos ensinou muito sobre como as estrelas morrem. Mas o que também nos conta é como e onde eles nascem! Veja, essas nebulosas não se dissipam apenas depois de alguns milhares de anos; eles muitas vezes expelem sistemas estelares inteiros de gás e desencadeiam a formação de novas estrelas. Uma das imagens mais espetaculares ocorreu nas profundezas da Nebulosa da Águia.
E quando o Hubble imaginou os pilares no centro, foi uma das coisas mais incríveis de todos os tempos.
A imagem original dos Pilares da Criação no coração da Nebulosa da Águia. Crédito da imagem: NASA, Jeff Hester e Paul Scowen (Universidade Estadual do Arizona).
E assim, de todas essas maneiras diferentes, a câmera WFPC2 mudou totalmente nossa visão do Universo!
Mas eu não quero que você pense que este é o fim; em 2009, foi substituído pela missão final de manutenção do Hubble. E de praticamente todas as formas imagináveis, o que temos agora é distante superior. Do mais recente eXtreme Deep Field, que é praticamente duas vezes mais profundo que o primeiro:
O composto UV-visível-IR completo do Hubble eXtreme Deep Field; a maior imagem já divulgada do Universo distante. Crédito da imagem: NASA, ESA, H. Teplitz e M. Rafelski (IPAC/Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Arizona State University) e Z. Levay (STScI).
Para galáxias em detalhes que nunca imaginamos:
O Quinteto de Galáxias de Stephan. Crédito da imagem: NASA, ESA e a equipe Hubble SM4 ERO.
Para as nebulosas planetárias de estrelas moribundas.
A Nebulosa da Borboleta. Crédito da imagem: NASA, ESA e a equipe Hubble SM4 ERO.
Para lentes gravitacionais que você nunca poderia imaginar:
Um anel quase perfeito do efeito de lente da massa de primeiro plano. Crédito de imagem: ESA/Hubble & NASA.
E, finalmente, para uma imagem ainda maior dos pilares da criação do que você ousaria sonhar.
A atualização Pillars of Creation, baseada em mais de 20 anos de dados do Hubble. Crédito da imagem: NASA, ESA/Hubble e Hubble Heritage Team; Agradecimentos: P. Scowen (Arizona State University, EUA) e J. Hester (ex-Arizona State University, EUA).
Portanto, não basta olhar para trás na incrível ciência que fizemos e como o Telescópio Espacial Hubble mudou nossa visão do Universo para sempre; ansiosos para o que estamos fazendo agora e que novas maravilhas podem estar reservadas. O Universo é todo nosso. Tudo o que precisamos fazer é olhar.
Esta postagem apareceu pela primeira vez na Forbes , e é oferecido a você sem anúncios por nossos apoiadores do Patreon . Comente em nosso fórum , & compre nosso primeiro livro: Além da Galáxia !
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