O limite do que o Hubble pode ver
Crédito da imagem: equipe NASA / Hubble, via http://www.nasa.gov/mission_pages/hubble/science/farthest-galaxy.html.
O telescópio mais poderoso da história nunca verá a galáxia mais distante.
Nenhuma distância de lugar ou lapso de tempo pode diminuir a amizade daqueles que estão completamente convencidos do valor um do outro. – Robert Southey
Com tudo o que o Telescópio Espacial Hubble fez - incluindo olhando para um pedaço de céu em branco por semanas de tempo - você pode pensar que não há limite para o quão longe ele pode ver. Afinal, o que parece ser um espaço escuro e vazio é iluminado pela luz de milhares e milhares de galáxias, levando à conclusão de que existem centenas de bilhões delas espalhando-se por todo o céu.
Crédito da imagem: NASA, ESA, G. Illingworth, D. Magee e P. Oesch (Universidade da Califórnia, Santa Cruz), R. Bouwens (Universidade de Leiden) e a Equipe HUDF09.
Na verdade, algumas dessas galáxias são tão fracas e distantes que o Hubble pode por muito pouco vê-los. Mas o que pode surpreendê-lo é que existem dois razões que o Hubble é limitado no que você pode ver, uma razão que é óbvia e uma razão que é muito mais sutil.
- Obviamente: o Hubble tem apenas um espelho de 2,4 metros de diâmetro, o que significa que ele só pode coletar tanta luz – tantos fótons – quanto esse espelho pode coletar. Mesmo durante 23 dias, a exposição mais longa de uma região já feita, que só permite ver galáxias muito brilhantes nas maiores distâncias.
- Sutilmente: quanto mais longe olhamos no Universo, mais economizar a luz de qualquer objeto aparecerá.
Por um tempo, este segundo ponto é realmente uma coisa boa!
Crédito da imagem: NASA, ESA, R. Bouwens e G. Illingworth (UC, Santa Cruz).
Você vê, quando se trata das estrelas mais jovens, mais quentes e mais brilhantes, a maior parte de sua luz não é o que os humanos percebem como visível: na verdade é ultravioleta. E à medida que o Universo se expande, com as galáxias se afastando, o tecido do espaço se expande junto com ele.
Isso significa que os fótons, os quanta individuais de luz que existem neste espaço-tempo – emitidos de estrelas e galáxias distantes a caminho de nossos olhos – também são desviados para o vermelho, seus comprimentos de onda esticados pela expansão do próprio Universo.
Quando vemos uma galáxia brilhante, distante e vermelha, podemos estimativa qual é o seu desvio para o vermelho observando os brilhos relativos das cores em azul, verde, vermelho e (próximo) infravermelho, mas isso é bom apenas para uma estimativa. Se você quiser saber seu verdadeiro redshift – e, portanto, sua distância, usando a lei de Hubble – você precisa medir algo mais definitivo.
Felizmente, a física dos átomos, e das transições atômicas em particular, é a mesma em todo o Universo. Se você puder medir o espectro das linhas de emissão (ou absorção, dependendo do tipo de galáxia) provenientes de um objeto e identificar os elementos presentes, poderá calcular de maneira muito direta:
- seu redshift,
- sua distância,
- e quantos anos tinha o Universo quando essa luz foi emitida.
Crédito da imagem: Sloan Digital Sky Survey / Brian Wilhite, Universidade de Chicago, via http://classic.sdss.org/gallery/gal_spectra.html .
Assim, no que diz respeito às transições atômicas, as linhas mais fortes e facilmente visíveis em qualquer estrela ou galáxia são do hidrogênio, transitando no ultravioleta (a série de Lyman), no visível (a série de Balmer) ou no infravermelho (a série de Paschen). ).
Mas essas linhas - e seus comprimentos de onda - são calculadas no quadro de descanso dessas galáxias. À medida que o Universo se expande, esses comprimentos de onda se desviam tremendamente para o vermelho. E a transição mais forte e mais facilmente identificável, a transição Lyman-alfa, que normalmente ocorre em 121,567 nanômetros, pode ser deslocada incrivelmente longe.
Crédito da imagem: usuário do fórum Galaxy Zoo Periquito , através da http://www.galaxyzooforum.org/index.php?topic=277301.0 .
A fórmula para qual será o comprimento de onda observado? Pegue o comprimento de onda do quadro de repouso e multiplique-o por (1 + com ), Onde com é o redshift do objeto. Acima, a linha Lyman-alfa em quase 540 nm - luz de cor verde - nos dá um desvio para o vermelho de cerca de 3,4, ou uma distância de 22 bilhões de anos-luz, com sua luz emitida quando o Universo tinha apenas 1,9 bilhão de anos, ou 13% da sua idade atual.
Agora, quando você olha para a câmera mais recente e melhor do Hubble, a Wide Field Camera 3 (WFC3), os filtros médios e estreitos podem ir muito longe: até um máximo de quase 1700 nanômetros!
Crédito da imagem: manual do WFC3, via http://www.stsci.edu/hst/wfc3/documents/handbooks/currentIHB/c07_ir06.html .
Então você pode pensar, com base nisso, que poderíamos ver todo o caminho, em teoria, para um desvio para o vermelho de 12 ou 13 e, portanto, para tempos em que o Universo tinha apenas 3% de sua idade atual!
Infelizmente, isso se basearia na suposição de que usado esses filtros infravermelhos quando fizemos essas observações profundas: não fizemos. Usamos bandas de campo amplo (para coletar o máximo de luz) e os comprimentos de onda mais longos foram cerca de 850 (cerca de 900) nanômetros.
Crédito de informação: S. Beckwith et al., 2006.
Na verdade, quando vamos o mais fundo possível, mesmo que não possamos obter objetos com a mesma resolução ou desmaio que o Hubble, muitas vezes é melhor irmos com telescópios espaciais infravermelhos dedicados, como o Spitzer!
Crédito da imagem: NASA / JPL-Caltech / STScI-ESA / Y. Ono (Univ. de Tóquio) & B. Weiner (Univ. do Arizona).
Precisamos então confirmar os espectros desses candidatos com observações de acompanhamento de telescópios de classe de 8 a 10 metros no solo. Por muito tempo, parecia a galáxia UDFj-39546284 foi o recordista, com um redshift espantoso de 11,9 ! Mas como você deve ter adivinhado, uma galáxia como essa seria totalmente invisível para o Hubble. Como as observações de acompanhamento mostraram, havia linhas de emissão espúrias de um intruso de baixo desvio para o vermelho que confundiam os resultados.
Mas a partir de hoje temos uma nova confirmado recordista !
Crédito da imagem: NASA, ESA, P. Oesch (Yale U.), para a equipe CANDELS, via http://www.nasa.gov/feature/goddard/astronomers-set-a-new-galaxy-distance-record .
Diga olá para a galáxia EGS-zs8–1, em um redshift de novo recorde do 7,7 , o redshift mais alto confirmado para tal galáxia. Com números como este, o Universo tinha apenas 660 milhões de anos quando a luz desta galáxia foi emitida, e atualmente está a uma distância de 29 bilhões de anos-luz longe, o recordista cósmico por enquanto para a galáxia mais distante já descoberta.
Mas uma galáxia como esta está realmente sondando o limite do que o Hubble pode alcançar. A série de Lyman não está mudando e, portanto, mesmo que possamos obter outras linhas na série (perto do limite de Lyman), não passaremos muito de um redshift de 8 ou 9 com o Hubble. Uma pena, porque há posso sejam galáxias tão distantes quanto um redshift de 15 ou 20!
Mas há esperança.
Crédito da imagem: equipe científica da NASA / JWST.
Enquanto o Hubble luta para chegar a comprimentos de onda enquanto 1 mícron, o Telescópio Espacial James Webb (JWST) chegará a cerca de 30 mícrons com melhor sensibilidade do que qualquer outra coisa que veio antes, com melhor resolução e cerca de seis vezes o poder de captação de luz do Hubble!
Com um pouco de sorte, poderemos, pela primeira vez, descobrir não quais são as galáxias mais distantes dos limites da nossa tecnologia atual de telescópios, mas encontrar as galáxias mais distantes que o Universo tem a oferecer. Por melhor que seja o Hubble, ele tem seus limites por sua própria natureza. Mas até A radioastronomia de comprimento de onda superlongo vem junto , JWST é como encontraremos as galáxias mais distantes e como poderemos começar a fazê-lo em apenas três anos .
Crédito da imagem: equipe NASA / JWST, via http://jwst.nasa.gov/comparison.html .
Eu não posso esperar. Finalmente, estamos prontos para retirar o último véu do desconhecido no Universo visível. Já estava na hora.
Deixe seus comentários em o fórum Starts With A Bang em Scienceblogs !
Compartilhar:
