Espaço

Telescópios espaciais Euclides e Roman: Última chance para a energia escura?

Redação do Site Inovação Tecnológica - 30/06/2023

Comparação dos telescópios Euclides e Roman.
[Imagem: NASA/ESA/ATG]

Lado escuro do Universo

Um novo telescópio espacial, chamado Euclides (Euclid, em inglês), será lançado no início de Julho pela ESA (Agência Espacial Europeia) para explorar por que a expansão do Universo está acelerando - os cientistas chamam a causa desconhecida dessa aceleração cósmica de energia escura.

O telescópio recebeu seu nome em homenagem ao matemático grego Euclides de Alexandria, que viveu por volta de 300 aC e sistematizou o estudo da geometria. Como a densidade da matéria e da energia está ligada à geometria do Universo, a missão foi nomeada em sua homenagem.

Em maio de 2027, o telescópio Euclides terá um companheiro, o telescópio espacial Nancy Grace Roman, da NASA, que se juntará ao Euclides para explorar esse quebra-cabeça de maneiras que talvez nos tragam informações sobre esse lado escuro do Universo - Nancy [1925-2018] era conhecida como a "mãe do telescópio Hubble".

Os cientistas não têm certeza se a expansão acelerada do universo é causada por um componente adicional de energia ou se sinaliza que nossa compreensão da força da gravidade precisa ser alterada de alguma forma. Os astrônomos usarão os telescópios Euclides e Roman para testar ambas as teorias ao mesmo tempo, na expectativa que as duas missões descubram informações sobre o funcionamento subjacente do Universo.

"Vinte e cinco anos após sua descoberta, a expansão acelerada do Universo continua sendo um dos mistérios mais prementes da astrofísica," disse Jason Rhodes, do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA. "Com esses próximos telescópios, mediremos a energia escura de maneiras diferentes e com muito mais precisão do que antes, abrindo uma nova era de exploração desse mistério."

Este é o telescópio espacial Euclides, da ESA, que deverá ser lançado neste fim de semana.
[Imagem: ESA]

Medições diferentes

Cada um dos dois telescópios usará estratégias diferentes e complementares para estudar a aceleração cósmica. Ambas as missões farão mapas 3D do Universo para responder questões fundamentais sobre a história e a estrutura cósmica. Juntos, eles serão mais poderosos do que individualmente.

O Euclides observará uma área muito maior do céu - aproximadamente 15.000 graus quadrados, ou cerca de um terço do céu - nos comprimentos de onda óptico e infravermelho da luz, mas com menos detalhes do que o Roman, que enxergará mais fundo, retrocedendo 10 bilhões de anos, quando o Universo tinha cerca de 3 bilhões de anos.

O Roman observará uma área muito menor - cerca de 2.000 graus quadrados, ou um vigésimo do céu, e apenas no infravermelho. Contudo, assim como vem acontecendo com o telescópio espacial James Webb, essas emissões de calor permitem enxergar além da poeira, revelando um número maior de galáxias mais fracas.

Enquanto o Euclides se concentrará exclusivamente na cosmologia, o Roman também pesquisará galáxias próximas, encontrará e investigará planetas em toda a nossa galáxia, e estudará objetos nos arredores do nosso Sistema Solar.

Mapa da matéria escura reforça enigma da taxa de expansão do Universo

Comparação entre as missões dos dois novos telescópios espaciais.
[Imagem: NASA]

A caça à energia escura

O Universo tem-se expandido desde o seu nascimento, um fato descoberto pelo astrônomo belga Georges Lemaitre em 1927, e confirmado por Edwin Hubble em 1929.

Os cientistas esperavam que a gravidade da matéria do Universo desacelerasse gradualmente essa expansão. Contudo, na década de 1990, ao observar um tipo específico de supernova, descobriu-se que, cerca de 6 bilhões de anos atrás, a energia escura começou a aumentar sua influência no Universo, e ninguém sabe como ou por quê. O fato de tudo estar acelerando significa que falta algo fundamental em nossa imagem do cosmos.

Infelizmente, todos os esforços feitos até hoje para tentar desvendar esse mistério falharam - e não apenas para a energia escura, mas também para a matéria escura -, o que tem dado força a teorias alternativas, dispensando esse lado escuro do Universo. Além disso, não existe um acordo sobre a taxa de expansão do Universo, que apresenta valores diferentes de acordo com o método usado para medi-la.

Os telescópios Euclides e Roman vão tentar salvar as teorias mais aceitas até agora, e farão isso de modo diferente.

Primeiro, tanto o Euclides quanto o Roman estudarão o acúmulo de matéria usando uma técnica chamada lente gravitacional fraca. Esse fenômeno de curvatura da luz ocorre porque qualquer coisa com massa deforma o tecido do espaço-tempo - quanto maior a massa, maior a deformação. As imagens de uma fonte distante produzidas pela luz que se move através dessas distorções também parecem distorcidas. Quando esses objetos de lente mais próximos são galáxias massivas ou aglomerados de galáxias, as fontes de fundo podem aparecer manchadas ou formar várias imagens.

Massas menos concentradas, como aglomerados de matéria escura, podem criar efeitos mais sutis. Ao estudar essas distorções menores, os telescópios criarão mapas 3D da matéria escura. Embora mapas 3D do Universo já feitos não tenham elucidado a aceleração da expansão cósmica, os cientistas esperam desta vez encontrar as pistas que tanto procuram porque a atração gravitacional da matéria escura, agindo como uma cola cósmica que une galáxias e aglomerados de galáxias, contraria a expansão do universo. Registrar a matéria escura do Universo ao longo do tempo cósmico ajudará a entender melhor o que impulsiona esse jogo de empurrar e puxar na aceleração cósmica.

Este é o telescópio espacial Nancy Grace Roman, da NASA, que só será lançado em 2027.
[Imagem: NASA]

Estranho agrupamento das galáxias

As duas missões também estudarão o modo como as galáxias se agruparam em diferentes eras cósmicas. Os astrônomos detectaram um padrão na forma como as galáxias se reúnem a partir de medições do Universo próximo: Para qualquer galáxia hoje, temos cerca de duas vezes mais chances de encontrar outra galáxia a cerca de 500 milhões de anos-luz de distância do que um pouco mais perto ou mais longe.

Essa distância cresceu ao longo do tempo devido à expansão do espaço. Assim, se olharmos mais longe no Universo, para tempos cósmicos anteriores, poderemos estudar a distância preferida entre as galáxias em diferentes épocas, o que se espera nos mostrará uma história da expansão do Universo.

Ver como o agrupamento de galáxias varia ao longo do tempo também permitirá um teste preciso da força da gravidade, o que ajudará a diferenciar entre um componente de energia desconhecido e várias teorias da gravidade modificadas, que apresentam explicações alternativas para a aceleração cósmica - as mais conhecidas são a teoria MOND, uma sigla em inglês para Dinâmica Newtoniana Modificada, e a chamada Teoria Camaleão.

O telescópio Roman fará uma pesquisa adicional para descobrir supernovas do tipo Ia, um tipo especial de explosão estelar. Essas explosões atingem um pico de brilho intrínseco semelhante, o que permite usá-las para determinar a que distância as supernovas estão simplesmente medindo o quão brilhantes elas aparecem. Basta então comparar seus brilhos para detectar a velocidade com que cada uma está se afastando de nós, um padrão muito usado para medir a taxa de expansão do Universo.