Novo levantamento de todo o céu pelo radiotelescópio MeerKAT mostra o universo como esperado em grandes distâncias – diferente de observações anteriores feitas por outros telescópios
O princípio cosmológico é a base da cosmologia moderna e foi confirmado muitas vezes por observações e modelos de computador. Ele afirma que o universo parece o mesmo de todos os locais e em todas as direções em grande escala. O último critério é chamado de isotropia. No entanto, observações com radiotelescópios descobriram no passado um curioso desvio do princípio cosmológico: na direção do movimento do sistema solar através da Via Láctea, eles encontraram mais galáxias do que na direção oposta. Os dados mais recentes do radiotelescópio MeerKAT, no entanto, tentam resolver esse mistério
Uma maneira de medir as maiores estruturas do Universo é usar radiotelescópios para observar a luz de galáxias distantes. As galáxias mais brilhantes geralmente também são fortes emissoras de rádio e, portanto, são particularmente adequadas para olhar o mais longe possível no espaço e medir como as galáxias são distribuídas na parte do Universo que pode ser vista da Terra. No entanto, um efeito-chave que distorce os dados deve ser levado em consideração nessas medições: o dipolo de rádio. Este é um efeito cosmológico causado pelo movimento próprio da Terra e do Sistema Solar através de nossa própria galáxia. As fontes de rádio parecem mais brilhantes na direção do movimento do que na direção oposta. Isso também significa que os pesquisadores encontram mais galáxias nesta direção do que na direção oposta. Isso ocorre porque cada telescópio tem uma sensibilidade limitada e quanto mais distante uma fonte de luz está, mais fraca ela parece e mais ela ilude um telescópio.
Mais galáxias na direção da viagem?
Embora os observatórios de rádio tenham levado esse efeito em consideração até agora, a anisotropia observada perdura. Os dados mais recentes do radiotelescópio MeerKAT agora não mostram mais sinais de tal anisotropia no universo em larga escala. Pesquisadores liderados pelo Instituto Max Planck de Radioastronomia estão tentando esclarecer por que esse é o caso, ou seja, se a distribuição desigual de galáxias no céu observada anteriormente foi puramente um efeito observacional ou se as estruturas do universo realmente contradizem o princípio cosmológico.
Como parte do levantamento do céu MeerKAT Absorption Line Survey (MALS), astrônomos, incluindo pesquisadores do Instituto Max Planck de Radioastronomia em Bonn, compilaram o maior catálogo até o momento de fontes de rádio distribuídas em todas as direções e a diferentes distâncias da Terra usando o radiotelescópio MeerKAT. -A profundidade e a extensão deste catálogo contínuo são únicas entre os levantamentos de rádio modernos-, diz Neeraj Gupta, astrônomo do Centro Interuniversitário de Astronomia e Astrofísica na Índia e chefe do projeto Mals. Ao contrário de levantamentos anteriores, a equipe não encontrou anisotropia na distribuição de galáxias após a correção do efeito esperado do dipolo de rádio.
O fundo cósmico de micro-ondas como referência
O efeito do dipolo de rádio pode ser rastreado até o efeito Doppler e também distorce a luz de rádio da radiação cósmica de fundo recebida na Terra, que é na verdade uma fonte muito homogênea de radiação que surgiu durante os primeiros dias do universo. O efeito Doppler garante que a radiação de fundo pareça mais brilhante na direção do movimento do que na direção oposta. Há três razões para isso: primeiro, o movimento da Terra em relação ao resto do universo desloca o espectro da radiação cósmica de fundo, que se assemelha ao de um corpo negro. Dependendo de qual parte do espectro é medida, isso pode fazer com que a radiação de fundo do universo pareça mais brilhante. Além disso, o efeito Doppler aumenta a intensidade da luz através do chamado aumento Doppler e da aberração da luz. Ambos são na verdade efeitos relativísticos, mas já podem ser medidos na própria velocidade da Terra como parte do sistema solar. No caso da aberração, a luz que se aproxima parece se concentrar.
Essa distorção é muito bem compreendida e é considerada uma referência para outras observações, como levantamentos do céu, nos quais esse tipo de distorção deve ser subtraído para medir a distribuição real de galáxias emissoras de rádio. Isso ocorre porque o efeito Doppler também altera o brilho das chamadas radiogaláxias individuais, o que pode determinar se um telescópio vê a galáxia em uma determinada direção ou não.
No entanto, pesquisas anteriores do céu com radiotelescópios como o Very Large Array no Novo México descobriram mais dessas radiogaláxias na direção do movimento do sistema solar do que na direção oposta. Este é principalmente um tipo ativo de galáxia em que um jato ou fluxo de matéria que é ancorado por campos magnéticos torcidos na vizinhança do buraco negro central ejeta matéria da galáxia em velocidades relativísticas. Isso produz radiação síncrotron brilhante que domina o espectro de rádio. A anisotropia das galáxias ativas, ou seja, seu agrupamento na direção do movimento, é três a quatro vezes mais forte do que os pesquisadores esperavam das medições do dipolo de rádio da radiação de fundo. A distribuição anisotrópica dessas galáxias, portanto, persiste, embora os astrônomos já tenham eliminado todos os efeitos do efeito Doppler dos dados observacionais.
Telescópios mais sensíveis compensam
Assim, diferentemente de observações passadas com outros telescópios, as observações do MALS não encontram mais nenhuma anisotropia no universo observável que não possa ser explicada pelo movimento próprio da Terra. – Isso pode ser porque as medições com o MeerKAT são significativamente mais sensíveis do que as dos telescópios anteriores, mas ainda não sabemos com certeza, – diz Jonah Wagenveld, cientista líder deste estudo e astrônomo do Instituto Max Planck de Radioastronomia. Isso ocorre porque o catálogo MALS não apenas lista um número maior de galáxias do que outros catálogos, mas também outros tipos de galáxias. Isso inclui, por exemplo, galáxias mais fracas que até agora permaneceram desconhecidas. Elas também diferem das radiogaláxias mais luminosas no formato de seus espectros de rádio. O efeito Doppler dependente da frequência afetaria, portanto, os dois tipos de galáxias de forma diferente se esse efeito ainda não tivesse sido levado em consideração. Uma possível explicação para o fato de que o MeerKAT não observa mais anisotropia pode ser que as galáxias recém-descobertas fornecem uma imagem mais completa do universo observado. No entanto, isso exigiria que as galáxias recém-descobertas e fracas, conforme observadas pelo MeerKAT, fossem distribuídas de forma desigual.
Mesmo que as novas medições sejam totalmente consistentes com o princípio cosmológico, quaisquer dúvidas só serão dissipadas quando for finalmente esclarecido o porquê dos desvios entre as observações do MALS e aquelas de outras pesquisas de rádio persistirem. Outras observações do MeerKAT ou futuros observatórios de rádio decidirão se podemos continuar a manter nossa visão atual do cosmos.
Informações adicionais
O novo catálogo e os resultados científicos que o acompanham deste estudo são descritos em Wagenveld et al. (2024), aceito para publicação em Astronomy & Astrophysics. Este é o segundo de vários lançamentos de dados de rádio contínuo e linha espectral vindos do MALS e fazer este lançamento de dados foi um esforço de equipe. Os catálogos e imagens do MALS estão disponíveis publicamente em https://mals.iucaa.in. A equipe do MALS é uma colaboração internacional de pesquisadores de todo o mundo. O projeto é liderado por Neeray Gupta da IUCAA, Índia.
O telescópio MeerKAT está localizado no semidesértico Karoo. É uma instalação da National Research Foundation (NRF) na África do Sul e é operado pelo South African Radio Astronomy Observatory (SARAO). Com 64 antenas, é o maior radiotelescópio do hemisfério sul e um dos dois instrumentos precursores do Square Kilometre Array (SKA) na África do Sul.
O Observatório SKA (SKAO) é uma organização intergovernamental que reúne nações de todo o mundo. Sua missão é construir e operar radiotelescópios de ponta para transformar nossa compreensão do Universo e fornecer benefícios à sociedade por meio da colaboração e inovação globais. O Observatório tem uma pegada global e consiste na Sede Global do SKAO no Reino Unido, os dois telescópios do SKAO em locais silenciosos de rádio na África do Sul e Austrália, e instalações associadas para dar suporte às operações dos telescópios. Uma vez em operação, o SKAO será um observatório global operando dois telescópios em três continentes em nome de seus estados-membros e parceiros.
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