Por Georgia Jiang
Publicado no Phys.org
De acordo com a teoria da relatividade geral de Einstein, tempo e espaço são fundidos em uma quantidade conhecida como espaço-tempo. A teoria sugere que objetos massivos, como uma galáxia ou aglomerados de galáxias, podem fazer com que o espaço-tempo se curve.
A lente gravitacional é um exemplo raro, mas observável, da teoria de Einstein em ação; a massa de um grande corpo celeste pode curvar significativamente a luz à medida que ela viaja pelo espaço-tempo, como uma lente de aumento. Quando a luz de uma fonte de luz mais distante passa por essa lente, os cientistas podem usar as distorções visuais resultantes para ver objetos que, de outra forma, estariam muito distantes e fracos demais para serem vistos.
Uma equipe internacional de cientistas, incluindo o astrônomo Igor Andreoni, da Universidade de Maryland, descobriu recentemente uma supernova excepcionalmente rara através de lentes gravitacionais, que a equipe chamou de “SN Zwicky”. Localizada a mais de 4 bilhões de anos-luz de distância, a supernova foi ampliada quase 25 vezes por uma galáxia em primeiro plano atuando como uma lente.
A descoberta apresenta uma oportunidade única para os astrônomos aprenderem mais sobre os núcleos internos das galáxias, a matéria escura e a mecânica por trás da expansão do universo. Os pesquisadores publicaram suas descobertas – incluindo uma análise abrangente, dados espectroscópicos e imagens de SN Zwicky – na revista Nature Astronomy em 12 de junho de 2023.
“A descoberta de SN Zwicky não apenas mostra as notáveis capacidades dos instrumentos astronômicos modernos, mas também representa um passo significativo em nossa busca para entender as forças fundamentais que moldam nosso universo”, disse o principal autor do artigo, Ariel Goobar, que também é diretor do Centro Oskar Klein da Universidade de Estocolmo.
Inicialmente detectado no Zwicky Transient Facility (ZTF), a SN Zwicky foi rapidamente sinalizada como um objeto de interesse devido ao seu brilho incomum. Então, usando instrumentos de óptica adaptativa no Observatório WM Keck, nos Very Large Telescopes e no Telescópio Espacial Hubble da NASA, a equipe observou quatro imagens da SN Zwicky tiradas de diferentes posições no céu e confirmou que as lentes gravitacionais estavam por trás do extraordinário brilho da supernova .
De acordo com Andreoni, que é um associado de pós-doutorado no Departamento de Astronomia da UMD e no Goddard Space Flight Center da NASA, supernovas como SN Zwicky desempenham um papel crucial em ajudar os cientistas a medir distâncias cósmicas.
Zoom na supernova Zwicky: partindo de uma pequena porção da câmera Palomar ZTF, um dos 64 “quadrantes”, cada um contendo dezenas de milhares de estrelas e galáxias, o zoom nos leva a explorações detalhadas realizadas com o maior telescópio VLT no Chile e no mais nítido telescópio Keck no Havaí, respectivamente. Nas imagens Keck de melhor resolução, as quatro “cópias” quase idênticas da supernova Zwicky podem ser vistas. As múltiplas imagens surgem devido à deformação do espaço causada por uma galáxia em primeiro plano, também vista no centro e aproximadamente a meio caminho entre o local da explosão da supernova e a Terra. Crédito: J. Johansson.
“SN Zwicky não só é ampliada pela lente gravitacional, mas também pertence a uma classe de supernovas que chamamos de ‘velas padrão’ porque podemos usar suas luminosidades conhecidas para determinar a distância no espaço”, explicou Andreoni. “Quando uma fonte de luz está mais distante, a luz é mais fraca – como ver velas em um quarto escuro. Podemos comparar duas fontes de luz dessa maneira e obter uma medida independente de distância sem ter que realmente estudar a própria galáxia.”
Além de ser útil como métrica para a distância cósmica, SN Zwicky também abre novos caminhos de pesquisa para cientistas que exploram as propriedades das galáxias, incluindo a matéria escura (que é a matéria que não absorve, reflete ou emite luz, mas constitui a maioria da matéria do universo).
Os pesquisadores também acreditam que supernovas ampliadas por lentes gravitacionais como SN Zwicky podem ser ferramentas muito promissoras para examinar a energia escura (uma força misteriosa que neutraliza a gravidade e impulsiona a expansão acelerada do universo) e refinar os modelos atuais que descrevem a expansão do universo, incluindo o cálculo da constante de Hubble — um valor que descreve a velocidade com que o universo está se expandindo.
Para Andreoni, que se prepara para a inauguração do Observatório Vera Rubin, no Chile, o sucesso da equipe na identificação e análise de SN Zwicky é apenas o começo. Agora ainda em fase de construção, espera-se que o novo observatório comece a operar totalmente em 2024 e se baseie nas descobertas da equipe, pois tira várias imagens de todo o céu visível para procurar outras supernovas e asteroides.
Andreoni acredita que a tática de “quadro geral” usada para encontrar SN Zwicky continuará a ajudar os cientistas a coletar grandes volumes de dados sobre eventos celestes no céu.
“Esta descoberta abre caminho para encontrar mais dessas raras supernovas através de lentes gravitacionais em grandes pesquisas futuras que nos ajudarão a estudar eventos astronômicos transitórios como supernovas e explosões de raios gama”, disse Andreoni. “Estamos ansiosos por mais descobertas inesperadas usando pesquisas ópticas amplas e não direcionadas do céu, como a que nos ajudou a identificar SN Zwicky. Com essa abordagem, seremos capazes de sondar o céu transitório com uma profundidade sem precedentes.”
Mais informações: Ariel Goobar et al, Uncovering a population of gravitational lens galaxies with magnified standard candle SN Zwicky, Nature Astronomy (2023). DOI: 10.1038/s41550-023-01981-3. www.nature.com/articles/s41550-023-01981-3
Informações da revista: Nature Astronomy
