Uma galeria de lentes gravitacionais captadas pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA mostra a diversidade desse fenômeno cósmico e prepara o terreno para observações de acompanhamento pelo novo Telescópio Espacial Nancy Grace Roman.
A lente gravitacional, prevista pela primeira vez por Albert Einstein, ocorre quando a gravidade de um objeto maciço em primeiro plano, como uma galáxia ou um aglomerado de galáxias, curva, distorce e amplia a luz de um objeto mais distante ao fundo. O efeito é semelhante ao de uma lente gigante no espaço, que permite aos astrônomos ver objetos muito mais distantes do que qualquer telescópio conseguiria enxergar sozinho.
As lentes nesta imagem se formaram a partir do alinhamento preciso de uma galáxia distante ao fundo com a massa de uma galáxia em primeiro plano, criando imagens distorcidas e ampliadas da galáxia de fundo, que aparecem como arcos ao redor da galáxia em primeiro plano.
Os astrônomos usarão essas observações de uma população grande e variada de lentes gravitacionais para construir modelos de lentes que ajudarão a determinar quanta massa há na galáxia em primeiro plano do sistema de lente , e, potencialmente, comprovar ou refutar uma teoria sobre a matéria escura. Os astrônomos estudam a quantidade de distorção das galáxias de fundo lenteadas para determinar a quantidade e a distribuição de massa na galáxia em primeiro plano, incluindo sua matéria escura invisível.
O Hubble observa o cosmos principalmente em luz visível e ultravioleta, com alguma cobertura no infravermelho, oferecendo uma visão abrangente e de alta resolução de objetos individuais. O Roman enxerga principalmente luz infravermelha e um pouco de luz visível, com um campo de visão muito maior, para criar panoramas do universo. Enquanto o Hubble obtém uma visão melhor de lentes individuais, o Roman poderá capturar mais lentes com seu campo de visão mais amplo. Se o Roman encontrar uma lente particularmente interessante, os pesquisadores poderão usar o Hubble para fazer observações de acompanhamento, aproveitando sua capacidade no visível e no ultravioleta para objetos individuais.
Com as imagens de alta resolução e os modelos precisos do Hubble, os pesquisadores também deverão conseguir detectar pequenas imperfeições nesses arcos de galáxias lenteadas gravitacionalmente, que indicariam a presença de pequenos aglomerados de matéria escura. Os pesquisadores poderiam usar esses aglomerados, antes não detectados, para confirmar a teoria da matéria escura fria, que prevê a existência de muitos pequenos aglomerados de matéria escura, com entre um milhão e um bilhão de massas solares. Em contraste, o halo de matéria escura da nossa galáxia, a Via Láctea, tem cerca de 1.3 trilhão de massas solares.
Ao estudar em detalhe as imagens de lentes do Hubble, os pesquisadores pretendem criar uma ferramenta de superinteligência para buscar com eficiência arcos semelhantes nas futuras imagens do Roman. Espera-se que as imagens do Hubble produzam resultados próprios sobre a matéria escura e abram caminho para a análise da amostra maior de lentes do Roman.
As lentes únicas nesta imagem exibem algumas das diferentes características que os pesquisadores verão ao reunir um conjunto diverso e numeroso de lentes para testar em seus modelos. O painel A é um exemplo de configuração arco–contra-arco, na qual a galáxia de fundo lenteada aparece como um par duplicado de arcos. A galáxia lenteada está sendo ampliada por um par de galáxias em primeiro plano, cuja massa combinada curva a luz da galáxia de fundo ao redor delas.
O painel F é um anel de Einstein, no qual o alinhamento da galáxia de fundo e a massa aproximadamente esférica da lente em primeiro plano estão tão perfeitamente posicionados que a galáxia lenteada quase envolve por completo a galáxia em primeiro plano. O painel I mostra uma galáxia com lente quádrupla, na qual a galáxia de fundo é replicada quatro vezes, aparecendo como pontos borrados ao redor da galáxia em primeiro plano. O painel C também mostra uma galáxia com lente quádrupla, com nós duplos que provavelmente são regiões intensas de formação estelar na galáxia de fundo.
Algumas das galáxias de fundo ampliadas e distorcidas parecem azuis e outras, vermelhas. Esses arcos azulados indicam estrelas jovens, enquanto os arcos avermelhados indicam estrelas mais velhas. O Roman e o Hubble explorarão essas diferenças para entender melhor como as galáxias evoluíram no universo primitivo.
A maioria das galáxias lenteadoras em primeiro plano são galáxias elípticas, que são mais velhas, mais densas e mais compactas. Imagens lenteadas de galáxias de fundo só ocorrem quando a densidade de massa da galáxia em primeiro plano atinge um ponto crítico.
Mas nem todas essas galáxias em primeiro plano são elípticas, e os pesquisadores podem usar essas diferenças para explorar os caminhos evolutivos seguidos por essas galáxias. No painel G, a galáxia em primeiro plano parece alongada, o que pode ser real ou um efeito de perspectiva, e nos painéis B e F, as galáxias em primeiro plano parecem ter braços espirais.
A galáxia em primeiro plano do painel D tem uma faixa de poeira visível, o que é raro em uma galáxia lenteadora e o tipo de detalhe que a visão nítida do Hubble em luz visível revela com excelência. A galáxia de fundo lenteada poderia ser um anel de Einstein, com a faixa de poeira “interrompendo” nossa visão do anel. Como a luz infravermelha é menos obscurecida pela poeira, futuras observações do Roman no infravermelho poderiam ajudar a determinar se os arcos formam um anel de Einstein mais completo.
Essas lentes fortes foram detectadas pela primeira vez com o Instrumento Espectroscópico de Energia Escura (Dark Energy Spectroscopic Instrument), em Kitt Peak. Depois, o Hubble as observou, e o Roman fará novas observações. Imagens como essas são um exemplo do tipo de esforço colaborativo que ocorre rotineiramente entre os Grandes Observatórios da NASA para construir um retrato abrangente do cosmos. À medida que o Roman se junta à família de grandes observatórios espaciais que inclui o Hubble, o Observatório de Raios X Chandra e o Telescópio Espacial James Webb, uma nova janela se abre para o universo, revelando paisagens antes ocultas e ampliando nosso conhecimento cósmico para toda a humanidade.
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Claire Andreoli, Goddard Space Flight Center da NASA, Greenbelt, MD [email protected]
Fonte original: science.nasa.gov
