O brilho invisível do Universo
2018 outubro 02

Num artigo¹, publicado online hoje na revista Nature, uma equipa internacional², que inclui o investigador do Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA³) Jarle Brinchmann, descreve o rastreio espectroscópio que realizou à região do céu conhecida como Campo Ultra Profundo do Hubble (HUDF), onde foi detetada uma abundância inesperada de emissão do tipo Lyman-alfa⁴, que preenche todo o campo de visão, levando a equipa a extrapolar que o céu estará preenchido com um brilho invisível de emissão Lyman-alfa, emitida no início do Universo.

Jarle Brinchmann (IA e Universidade do Porto) comenta: "Quando olhamos para as imagens mais profundas do Universo, pensamos nas galáxias como pequenas ilhas de luz num imenso mar de escuridão. Estas observações revelaram que o Universo não é completamente escuro – há uma emissão de gás ionizado, em todas as direções para onde olhamos, que só vemos se tivermos instrumentos sensíveis o suficiente. Este é o espantoso e inesperado resultado das observações ultra-profundas realizadas com o espectrógrafo MUSE."

Esta emissão, proveniente da infância do Universo, numa altura em que as galáxias eram muito menores que as atuais, é devida aos enormes reservatórios cósmicos de hidrogénio atómico que envolvem as galáxias distantes no Universo primitivo. Philipp Richter (Universidade de Potsdam), um dos membros da equipa, comenta: "Com as observações do MUSE temos uma visão completamente nova dos ‘casulos’ de gás difuso em redor das galáxias no Universo primordial".

O instrumento MUSE, instalado no VLT (ESO) é um espectrógafo que usa unidades de campo integral para espectroscopia 3D⁵, para obter o espectro total de cada pixel do céu. Ao dispersar a luz nas suas componentes é possível "aprender mais sobre estas galáxias, tais como o seu conteúdo químico e movimentos internos — não para cada galáxia de sua vez, mas para todas as galáxias ao mesmo tempo!", segundo explica Brinchmann, que até recentemente foi professor na Universidade de Leiden, nos Países Baixos.

"A próxima vez que olharem para uma noite sem luar e virem as estrelas, tentem imaginar o brilho invisível do hidrogénio, o primeiro "tijolo" da formação do Universo, a iluminar a totalidade do céu", comenta Themiya Nanayakkara (U. Leiden), outro membro da equipa.


Notas

1. O artigo "Nearly 100% of the sky is covered by Lyman-α emission around high redshift galaxies" foi publicado online hoje na revista Nature (DOI: 10.1038/s41586-018-0564-6).
2. A equipa é composta por Lutz Wisotzki (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam), Roland Bacon (CRAL - CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1, ENS de Lyon, Université de Lyon), Jarle Brinchmann (Universiteit Leiden; Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Universidade do Porto), Sebastiano Cantalupo (ETH Zürich), Philipp Richter (Universität Potsdam), Joop Schaye (Universiteit Leiden), Kasper B. Schmidt (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam), Tanya Urrutia (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam), Peter M. Weilbacher (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam), Mohammad Akhlaghi (CRAL - CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1, ENS de Lyon, Université de Lyon), Nicolas Bouché (Université de Toulouse), Thierry Contini (Université de Toulouse), Bruno Guiderdoni (CRAL - CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1, ENS de Lyon, L’Université de Lyon), Edmund C. Herenz (Stockholms universitet), Hanae Inami (L’Université de Lyon), Josephine Kerutt (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam), Floriane Leclercq (CRAL - CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1, ENS de Lyon,L’Université de Lyon), Raffaella A. Marino (ETH Zürich), Michael Maseda (Universiteit Leiden), Ana Monreal-Ibero (Instituto Astrofísica de Canarias; Universidad de La Laguna), Themiya Nanayakkara (Universiteit Leiden), Johan Richard (CRAL - CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1, ENS de Lyon,L’Université de Lyon), Rikke Saust (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam), Matthias Steinmetz (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam), e Martin Wendt (Universität Potsdam).
3. O Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA) é a maior unidade de investigação na área das Ciências do Espaço em Portugal, integrando investigadores da Universidade do Porto e da Universidade de Lisboa, e englobando a maioria da produção científica nacional na área. Foi avaliado como “Excelente” na última avaliação que a Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT) encomendou à European Science Foundation (ESF). A atividade do IA é financiada por fundos nacionais e internacionais, incluindo pela Fundação para a Ciência e a Tecnologia (UID/FIS/04434/2013), POPH/FSE e FEDER através do COMPETE 2020.
4. A radiação de Lyman-alfa é produzida quando eletrões no átomo de hidrogénio decaem do segundo nível para o primeiro nível de energia. A quantidade de energia perdida é libertada sob a forma de radiação com um comprimento de onda específico, na banda do ultravioleta. Devido ao desvio para o vermelho, resultante da velocidade de afastamento destas galáxias distantes, a radiação de Lyman-alfa das galáxias observadas pelo MUSE é observada na banda do visível ou do infravermelho próximo.
5. Em Unidades de campo integral para espectroscopia 3D (Integral Field Unit spectroscopy – IFS), o sinal de cada pixel do detetor é enviado para um espectrógrafo, que gera um espectro, o que permite o registo simultâneo de milhares de espectros por galáxia, produzindo assim uma visão tridimensional das estrelas e gás ionizado de cada galáxia.

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