Primeiras estrelas vistas através do nevoeiro do 'Early Universe': estudo

Uma equipe de astrônomos desenvolveu um método que lhes permitirá “ver” através do nevoeiro do Universo primitivo e detectar a luz das primeiras estrelas e galáxias.


  Primeiras estrelas vistas através do nevoeiro de'Early Universe': Study
Imagem Representativa. Crédito da imagem: ANI
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  • Estados Unidos

Uma equipe de astrônomos desenvolveu um método que lhes permitirá 'ver' através do nevoeiro do início Universo e detectar a luz das primeiras estrelas e galáxias. Os pesquisadores, liderados pelo Universidade de Cambridge , desenvolveram uma metodologia que lhes permitirá observar e estudar as primeiras estrelas através das nuvens de hidrogênio que encheram o Universo cerca de 378.000 anos após o Big Bang.

Observar o nascimento das primeiras estrelas e galáxias é um objetivo dos astrônomos há décadas, pois ajudará a explicar como o Universo evoluiu do vazio após o Big Bang para o complexo reino de objetos celestes que observamos hoje, 13,8 bilhões de anos depois. O Square Kilometer Array (SKA) - um telescópio de próxima geração que deve ser concluído até o final da década - provavelmente será capaz de fazer imagens da luz mais antiga do planeta. Universo , mas para os telescópios atuais o desafio é detectar o sinal cosmológico das estrelas através das espessas nuvens de hidrogênio.

Espera-se que o sinal que os astrônomos pretendem detectar seja aproximadamente cem mil vezes mais fraco do que outros sinais de rádio vindos também do céu – por exemplo, sinais de rádio originados em nossa própria galáxia. O próprio uso de um radiotelescópio introduz distorções no sinal recebido, o que pode obscurecer completamente o sinal cosmológico de interesse. Isso é considerado um desafio observacional extremo na cosmologia de rádio moderna. Tais distorções relacionadas a instrumentos são comumente apontadas como o maior gargalo nesse tipo de observação.

Agora, a equipe liderada por Cambridge desenvolveu uma metodologia para ver através das nuvens primordiais e outros sinais de ruído do céu, evitando o efeito prejudicial das distorções introduzidas pelo radiotelescópio. Sua metodologia, parte do experimento REACH (Radio Experiment for the Analysis of Cosmic Hydrogen), permitirá que os astrônomos observem as primeiras estrelas por meio de sua interação com as nuvens de hidrogênio, da mesma forma que inferimos uma paisagem observando sombras no névoa. Seu método melhorará a qualidade e a confiabilidade das observações dos radiotelescópios que observam esse momento chave inexplorado no desenvolvimento do Universo. As primeiras observações do REACH são esperadas ainda este ano.

Os resultados foram divulgados hoje na revista Nature Astronomy. 'Na época em que as primeiras estrelas se formaram, o Universo estava quase vazio e composto principalmente de hidrogênio e hélio', disse Eloy de Lera Acedo, da Universidade de Cambridge. Cavendish Laboratory, principal autor do artigo.

Ele acrescentou: 'Por causa da gravidade, os elementos eventualmente se juntaram e as condições eram adequadas para a fusão nuclear, que foi o que formou as primeiras estrelas. Mas elas estavam cercadas por nuvens do chamado hidrogênio neutro, que absorvem muito bem a luz, então é difícil detectar ou observar diretamente a luz atrás das nuvens.' Em 2018, outro grupo de pesquisa (executando o 'Experiment to Detect the Global Epoch of Reionozation Signature' - ou EDGES) publicou um resultado que sugeria uma possível detecção dessa luz mais antiga, mas os astrônomos não conseguiram repetir o resultado - levando-os a acreditar que o resultado original pode ter sido devido à interferência do telescópio que estava sendo usado.

'O resultado original exigiria uma nova física para explicá-lo, devido à temperatura do gás hidrogênio, que deve ser muito mais fria do que nossa compreensão atual do Universo permitiria. Alternativamente, uma temperatura mais alta inexplicável da radiação de fundo - normalmente assumida como sendo o conhecido Fundo de Microondas Cósmica - poderia ser a causa', disse de Lera Acedo. Ele acrescentou: 'Se pudermos confirmar que o sinal encontrado naquele experimento realmente fosse das primeiras estrelas, as implicações seriam enormes.'

A fim de estudar este período no desenvolvimento do Universo, muitas vezes referido como o Amanhecer Cósmico, os astrônomos estudam a linha de 21 centímetros - uma assinatura de radiação eletromagnética do hidrogênio no início do Universo. Eles procuram um sinal de rádio que mede o contraste entre a radiação do hidrogênio e a radiação por trás da névoa de hidrogênio. A metodologia desenvolvida por de Lera Acedo e seus colegas usa estatísticas bayesianas para detectar um sinal cosmológico na presença de interferência do telescópio e ruído geral do céu, para que os sinais possam ser separados.

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Para isso, foram necessárias técnicas e tecnologias de ponta em diferentes áreas. Os pesquisadores usaram simulações para imitar uma observação real usando várias antenas, o que melhora a confiabilidade dos dados – observações anteriores dependiam de uma única antena.

'Nosso método analisa em conjunto os dados de várias antenas e em uma faixa de frequência mais ampla do que os instrumentos atuais equivalentes. Essa abordagem nos dará as informações necessárias para nossa análise de dados bayesianos', disse de Lera Acedo. Ele acrescentou: 'Em essência, esquecemos as estratégias tradicionais de design e, em vez disso, nos concentramos em projetar um telescópio adequado à maneira como planejamos analisar os dados - algo como um design inverso. a época da reionização, quando o hidrogênio no Universo foi reionizado.'

A construção do telescópio está sendo finalizada na reserva de rádio Karoo em África do Sul , local escolhido por suas excelentes condições para observações de rádio do céu. Está longe de interferência de frequência de rádio feita pelo homem, por exemplo, sinais de televisão e rádio FM. A equipe REACH de mais de 30 pesquisadores é multidisciplinar e distribuída em todo o mundo, com especialistas em áreas como cosmologia teórica e observacional, projeto de antenas, instrumentação de radiofrequência, modelagem numérica, processamento digital, big data e estatística bayesiana. O REACH é co-liderado pelo Universidade de Stellenbosch na África do Sul.

Professor de Villiers, co-líder do projeto na Universidade de Stellenbosch em África do Sul disse: 'Embora a tecnologia de antena usada para este instrumento seja bastante simples, o ambiente de implantação difícil e remoto e as tolerâncias estritas exigidas na fabricação tornam este projeto muito desafiador para se trabalhar'. Ele acrescentou: 'Estamos extremamente animados para ver o desempenho do sistema e temos plena confiança de que faremos essa detecção indescritível'. (ANI)