Throwback Thursday: Como sabemos quantas galáxias existem no universo?
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.
Há 100 anos, pensávamos que a Via Láctea era toda a extensão do Universo, contendo tudo. Agora, sabemos que somos apenas um entre muitos. Mas quantos?
A mente humana não é capaz de compreender o Universo. Somos como uma criança entrando em uma enorme biblioteca. As paredes estão cobertas até o teto com livros em muitas línguas diferentes. A criança sabe que alguém deve ter escrito esses livros. Não sabe quem ou como. Não compreende as línguas em que são escritos. Mas a criança nota um plano definido na disposição dos livros - uma ordem misteriosa que ela não compreende, mas apenas suspeita vagamente. . -Albert Einstein
Uma das coisas mais corajosas que já foi feita com o Telescópio Espacial Hubble foi encontrar um pedaço de céu sem absolutamente nada – sem estrelas brilhantes, sem nebulosas e sem galáxias conhecidas – e observá-lo. Não apenas por alguns minutos, ou uma hora, ou mesmo por um dia. Mas órbita após órbita, por uma enorme quantidade de tempo, olhando para o nada do espaço vazio, gravando imagem após imagem de pura escuridão.
Crédito da imagem: NASA / Digital Sky Survey, STScI.
Esta era a localização daquela região no início e meados dos anos 90, e era um risco tremendo. Apontávamos para esta região do céu, abrindo os olhos do Telescópio Espacial Hubble - o telescópio mais poderoso (e mais caro) já criado pela humanidade - coletando toda a luz que pudéssemos por tantos minutos quanto pudéssemos, e criamos uma imagem.
Sabíamos que não veríamos nada, exceto talvez um punhado de estrelas anãs fracas, pelo menos com uma imagem. Mas poderíamos pegar outro, e outro, e outro, e acumular mais imagens desse mesmo local. Ao longo de um total de 10 dias de tempo de observação, o Hubble tirou uma fotografia da mesma mancha no céu 342 vezes. Eles então somaram a luz de todas as 342 dessas imagens. O resultado?
Crédito da imagem: R. Williams (STScI), a Equipe de Campo Profundo do Hubble e a NASA.
Cada ponto de luz nesta imagem (exceto cerca de 6 que são estrelas fracas) é uma galáxia. Milhares e milhares de novas galáxias foram descobertas. Alguns estavam a apenas alguns milhões de anos-luz de distância, outros estavam mais de dez bilhões anos luz de distância. O que aprendemos com isso é que:
- Há um grande número de galáxias, e elas se formaram muito cedo no Universo.
- Eles existem em grande abundância e, embora não sejam distribuídos uniformemente, estão literalmente em todos os lugares que olhamos.
- E talvez o mais importante, aprendemos como estimar apenas quantos galáxias que existem no Universo!
Crédito da imagem: NASA/ESA.
Você vê, quando olhamos para uma região como esta, estamos apenas pegando uma fração muito pequena do céu. No entanto, em uma imagem como esta - o Hubble Deep Field original - estamos capturando literalmente milhares de galáxias! Se você puder calcular qual fração do céu você está capturando com sua imagem e o número de galáxias que estão nessa região, você está no caminho certo. Porque se você assumir que essa região que você pegou, uma que foi deliberadamente desprovido de estrelas, galáxias e nebulosas conhecidas, é típico do espaço, então você pode extrapolar quantas galáxias haveria no Universo em todo o céu!
Mas você não ficaria satisfeito apenas com o número de galáxias que encontrou em sua primeira tentativa, ficaria? Não, claro que não! Bem, quase uma década depois disso, eles instalaram uma câmera nova e melhor que a antiga WFPC2, chamada de Câmera avançada para pesquisas . E para superar o Hubble Deep Field, eles escolheram um pedaço de céu em branco diferente, foram até Deeper , observado por um período de tempo ainda maior (11 dias), e criado o Hubble Ultra Campo Profundo .
Crédito da imagem: NASA, ESA, S. Beckwith (STScI) e a equipe do HUDF.
Ao extrapolar esses resultados para o inteira céu, fomos capazes de descobrir - no mínimo - quantas galáxias existem em todo o Universo. eu até fez um vídeo sobre isso.
Mas esse não é o fim da história, nem de longe. Você vê, pode haver pelo menos 100 bilhões de galáxias no Universo, com base no que observamos, mas pode haver mais. Galáxias que são muito fracas para serem observadas com apenas 11 dias de dados do Hubble. Galáxias que são desviadas para o vermelho muito longe para que o filtro infravermelho mais distante do Hubble possa captar. Galáxias que podem aparecer, se ao menos tivéssemos a paciência de procurar por mais tempo.
Então foi exatamente isso que fizemos, procurando um total de 23 dias na última década - mais que o dobro do campo Ultra-Deep Field - em um mesmo menor região do espaço. Senhoras e senhores, apresento-vos o Campo Profundo Extremo do Hubble !
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.
Você pode nunca ter visto esta imagem antes, mas poder parecer familiar de qualquer maneira. Isso porque o Extreme Deep Field (ou XDF) é na verdade um papel do Ultra Deep Field, que você pode ver por si mesmo se redimensionar as duas imagens e girá-las em 4,7 graus uma em relação à outra! Eu fui em frente e fiz exatamente isso e apresentei alguns destaques de ambas as imagens - lado a lado - para que você possa ver a comparação por si mesmo!
Crédito da imagem: Equipes HUDF09 e HXDF12, combinadas por mim.
O XDF, como você pode ver, não apenas revela galáxias com mais detalhes do que o HUDF menos exposto, mas também revela novo galáxias que eram completamente invisíveis pela imagem menos desenvolvida.
Crédito da imagem: Equipes HUDF09 e HXDF12, combinadas por mim.
A maneira como a coleta de luz funciona é que você normalmente pode ver 41% de profundidade quando você observar pelo dobro do tempo , algo com o qual os astrônomos estão intimamente familiarizados. Então, o que esperávamos – assumindo que estamos limitados apenas pelo quão fraco podemos ver – é que o XDF veria 41% mais galáxias do que a imagem mais antiga.
Crédito da imagem: Equipes HUDF09 e HXDF12, combinadas por mim.
Isso realmente acaba sendo bem perto ao que observamos, o que nos diz que provavelmente não atingiu o limite do que está lá fora ainda! De fato, o fato de Hubble ver menos galáxias cujos tempos de viagem da luz aos nossos olhos são maiores que 9 bilhões de anos do que entre 5 e 9 bilhões nos diz que é mais provável não tem atingir o limite do que realmente existe. Idealmente, o Telescópio Espacial James Webb – capaz de ver galáxias ainda mais distantes do que o Hubble – nos levará um número mais próximo da verdade na próxima década.
Mas, enquanto isso, podemos usar o eXtreme Deep Field para definir um limite inferior de quantas galáxias devem existir no Universo com base no que vimos.
Crédito da ilustração: NASA; ESA; e Z. Levay, STScI; Moon Crédito de imagem: T. Rector; I. Dell'Antonio/NOAO/AURA/NSF.
O Hubble eXtreme Deep Field engloba uma minúsculo região do céu, mostrada ao lado da Lua cheia e uma caixa de 1 grau para comparação. No entanto, apenas nesta pequena região do XDF, o Hubble conseguiu identificar uma incrível 5.500 galáxias, ou um número maior do que o contido em nosso todo superaglomerado local .
Se você assumir que o XDF é um típica região do espaço sideral, você pode calcular quantos XDFs seriam necessários para preencher todo o céu noturno; é sobre 32 milhões. Multiplique pelo número de galáxias que você encontra no XDF, e é assim que você chega ao nosso melhor limite inferior: cerca de 200 bilhões de galáxias no universo.
Crédito da imagem: Northern Galactic Cap do lançamento do SDSS-III, via http://www.sdss3.org/.
Com base em ambas as simulações e em nosso melhor menos observações profundas, esse número não é surpresa, e talvez seja até um pouco baixo.
Quando James Webb aparecer, eu não ficaria surpreso ao descobrir que talvez existam até perto de um trilhão de galáxias no universo; só não temos as ferramentas para encontrá-los todos ainda. Enquanto isso, é assim que sabemos quantas galáxias existem no Universo!
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