O telescópio espacial mais poderoso já construído vai olhar para trás no tempo, para a idade das trevas do universo

Alguns chamam o Telescópio Espacial James Webb da NASA de “telescópio que comeu astronomia. ” É o telescópio espacial mais poderoso já construído e uma peça complexa de origami mecânico que ultrapassou os limites da engenharia humana. Em 18 de dezembro de 2021, após anos de atrasos e bilhões de dólares em custos excessivos, o telescópio é programado para ser lançado em órbita e inaugurar a próxima era da astronomia.

Eu sou um astrônomo com especialidade em cosmologia observacional – estudo galáxias distantes há 30 anos. Algumas das maiores questões não respondidas sobre o universo estão relacionadas aos seus primeiros anos, logo após o Big Bang. Quando se formaram as primeiras estrelas e galáxias? O que veio primeiro e por quê? Estou extremamente entusiasmado com o facto de os astrónomos poderem em breve descobrir a história de como as galáxias começaram, porque James Webb foi construído especificamente para responder a estas mesmas questões.

A ‘Idade das Trevas’ do Universo

Excelentes evidências mostram que o universo começou com um evento chamado Grande explosão 13.8 bilhões de anos atrás, o que o deixou em um estado ultraquente e ultradenso. O universo começou imediatamente a se expandir após o Big Bang, esfriando ao mesmo tempo. Um segundo depois do Big Bang, o universo tinha 18 biliões de quilómetros de diâmetro e uma temperatura média de incríveis 10 mil milhões de graus Fahrenheit (400,000 mil milhões de graus Celsius). Cerca de 10 mil anos depois do Big Bang, o universo tinha XNUMX milhões de anos-luz de diâmetro e o a temperatura esfriou a 5,500 graus Fahrenheit (3,000 graus Celsius). Se alguém estivesse lá para ver isso neste momento, o universo estaria brilhando em um vermelho fosco como uma lâmpada de calor gigante.

Durante todo esse tempo, o espaço foi preenchido com uma sopa suave de partículas de alta energia, radiação, hidrogênio e hélio. Não havia estrutura. À medida que o universo em expansão se tornou maior e mais frio, a sopa diminuiu e tudo escureceu. Este foi o início do que os astrônomos chamam de Idade das Trevas Do universo.

A sopa da Idade das Trevas foi não perfeitamente uniforme e devido à gravidade, pequenas áreas de gás começaram a se aglomerar e a se tornar mais densas. O universo liso tornou-se irregular e esses pequenos aglomerados de gás mais denso foram sementes para a eventual formação de estrelas, galáxias e tudo o mais no universo.

Embora não houvesse nada para ver, a Idade das Trevas foi uma fase importante na evolução do universo.

Procurando a primeira luz

A Idade das Trevas terminou quando a gravidade formou as primeiras estrelas e galáxias que eventualmente começaram a emitir a primeira luz. Embora os astrónomos não saibam quando surgiu a primeira luz, o melhor palpite é que foi várias centenas de milhões de anos depois do Big Bang. Os astrónomos também não sabem se as estrelas ou as galáxias se formaram primeiro.

Teorias atuais com base em como a gravidade forma a estrutura em um universo dominado pela matéria escura sugere que pequenos objetos - como estrelas e aglomerados de estrelas - provavelmente se formaram primeiro e depois cresceram em galáxias anãs e depois em galáxias maiores como a Via Láctea. Estas primeiras estrelas do universo eram objetos extremos em comparação com as estrelas de hoje. Eles eram um milhão de vezes mais brilhante mas eles viveram vidas muito curtas. Eles queimaram quentes e brilhantes e quando morreram, deixaram para trás buracos negros até cem vezes a massa do Sol, o que pode ter atuaram como sementes para a formação de galáxias.

Os astrônomos adorariam estudar esta era fascinante e importante do universo, mas detectar a primeira luz é incrivelmente desafiador. Em comparação com as galáxias massivas e brilhantes de hoje, os primeiros objetos eram muito pequenos e, devido à constante expansão do Universo, estão agora a dezenas de milhares de milhões de anos-luz de distância da Terra. Além disso, as primeiras estrelas estavam rodeadas por gás que sobrou da sua formação e este gás agiu como nevoeiro que absorveu a maior parte da luz. Demorou várias centenas de milhões de anos para radiação para dissipar a neblina. Esta luz inicial é muito fraca quando chega à Terra.

Mas este não é o único desafio.

À medida que o universo se expande, ele amplia continuamente o comprimento de onda da luz que o atravessa. Isso é chamado redshift porque muda a luz de comprimentos de onda mais curtos – como a luz azul ou branca – para comprimentos de onda mais longos, como a luz vermelha ou infravermelha. Embora não seja uma analogia perfeita, é semelhante a quando um carro passa por você, o tom de qualquer som que ele emite cai visivelmente.

Quando a luz emitida por uma estrela ou galáxia primitiva, há 13 mil milhões de anos, alcança qualquer telescópio na Terra, já foi esticada por um factor de 10 pela expansão do Universo. Ela chega como luz infravermelha, o que significa que tem um comprimento de onda maior que o da luz vermelha. Para ver a primeira luz, você precisa procurar a luz infravermelha.

Telescópio como máquina do tempo

Entre no Telescópio Espacial James Webb.

Os telescópios são como máquinas do tempo. Se um objeto estiver a 10,000 anos-luz de distância, isso significa que a luz leva 10,000 anos para chegar à Terra. Portanto, quanto mais longe os astrônomos olham no espaço, mais mais atrás no tempo, estamos procurando.

Engenheiros otimizado James Webb para detectar especificamente a fraca luz infravermelha das primeiras estrelas ou galáxias. Comparado com o Telescópio Espacial Hubble, James Webb tem um campo de visão 15 vezes maior em sua câmera, coleta seis vezes mais luz e seus sensores são ajustados para serem mais sensíveis à luz infravermelha.

A estratégia será olhar profundamente para um pedaço do céu por um longo tempo, coletando o máximo possível de luz e informações das galáxias mais distantes e antigas. Com estes dados, poderá ser possível responder quando e como terminou a Idade das Trevas, mas há muitas outras descobertas importantes a serem feitas. Por exemplo, desvendar esta história também pode ajudar a explicar a natureza da matéria escura, a misteriosa forma de matéria que compõe cerca de 80 por cento da massa do universo.

James Webb é o missão mais tecnicamente difícil A NASA já tentou. Mas penso que as questões científicas que poderá ajudar a responder valerão cada grama de esforço. Eu e outros astrônomos estamos aguardando com entusiasmo que os dados comecem a chegar em 2022.

Este artigo foi republicado a partir de A Conversação sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.

Crédito da imagem: Hubble Deep Field/ NASA

Fonte: https://singularityhub.com/2021/10/24/the-most-powerful-space-telescope-ever-built-will-look-back-in-time-to-the-dark-ages-of- o universo/