O Telescópio Espacial James Webb é como uma máquina do tempo cósmica. Eis o porquê

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A Nebulosa Carina. (Créditos: NASA, ESA, CSA e STScI)

Traduzido por Julio Batista
Original de Sara Webb para o The Conversation

Foi uma semana emocionante com o lançamento de fotos de tirar o fôlego do nosso Universo pelo Telescópio Espacial James Webb (JWST, na sigla em inglês).

Imagens como a debaixo nos dão a chance de ver galáxias distantes difusas como eram há mais de 13 bilhões de anos.

É o momento perfeito para dar um passo atrás e apreciar nossa passagem de primeira classe para as profundezas do Universo e como essas imagens nos permitem olhar para trás no tempo.

A imagem de campo profundo de SMACS 0723 foi tirada com apenas uma exposição de 12,5 horas. Galáxias difusas nesta imagem emitiram essa luz há mais de 13 bilhões de anos. (Créditos: NASA, ESA, CSA e STScI)

Essas imagens também levantam pontos interessantes sobre como a expansão do Universo influencia a maneira como calculamos as distâncias em escala cosmológica.

Viagem no tempo moderna

Olhar para trás no tempo pode parecer um conceito estranho, mas é o que os pesquisadores espaciais fazem todos os dias.

Nosso Universo está sujeito às regras da física, sendo uma das ‘regras’ mais conhecidas a velocidade da luz. E quando falamos de ‘luz’, estamos nos referindo a todos os comprimentos de onda do espectro eletromagnético, que viajam a cerca de 300.000 quilômetros por segundo.

A luz viaja tão rápido que, em nossas vidas cotidianas, parece ser algo instantâneo. Mesmo com essas velocidades vertiginosas, ainda leva algum tempo para viajar para qualquer lugar do cosmos.

Quando você olha para a Lua, você na verdade a vê como era 1,3 segundos atrás. É apenas um piscar de olhos no tempo, mas ainda é o passado. É o mesmo com a luz solar, exceto que os fótons (partículas de luz) emitidos da superfície do Sol viajam pouco mais de 8 minutos antes de finalmente chegarem à Terra.

Nossa galáxia, a Via Láctea, abrange mais de 100.000 anos-luz. E as belas estrelas recém-nascidas vistas na imagem da Nebulosa Carina do JWST estão a 7.500 anos-luz de distância.

Em outras palavras, esta nebulosa como retratada é de uma época cerca de 2.000 anos antes do que quando se acredita que a primeira forma de escrita tenha sido inventada na antiga Mesopotâmia.

A Nebulosa Carina é um berço de estrelas. (Créditos: NASA, ESA, CSA e STScI)

Sempre que olhamos para longe da Terra, estamos olhando para trás no tempo, para como as coisas eram antes. Isso é algo poderoso para os astrônomos porque podemos usar a luz, conforme observada ao longo do tempo, para tentar desvendar o mistério do nosso Universo.

O que torna o JWST espetacular

Os telescópios espaciais nos permitem ver certas faixas de luz que são incapazes de atravessar a densa atmosfera da Terra. O telescópio espacial Hubble foi projetado e otimizado para usar as partes ultravioleta (UV) e visível do espectro eletromagnético.

O JWST foi projetado para usar uma ampla gama de luz infravermelha. E esta é uma das principais razões pelas quais o JWST pode ver mais longe no tempo do que o Hubble.

O espectro eletromagnético com os alcances do Hubble e JWST. O Hubble é otimizado para ver comprimentos de onda mais curtos. Estes dois telescópios complementam-se, dando-nos uma imagem mais completa do Universo. (Créditos: NASA, J. Olmsted, STScI)

 

As galáxias emitem uma variedade de comprimentos de onda no espectro eletromagnético, desde raios gama até ondas de rádio e tudo mais. Tudo isso nos dá informações importantes sobre as diferentes físicas que ocorrem em uma galáxia.

Quando as galáxias estão perto de nós, sua luz não mudou muito desde que foi emitida, e podemos sondar uma vasta gama desses comprimentos de onda para entender o que está acontecendo dentro delas.

Mas quando as galáxias estão extremamente distantes, não temos mais esse luxo. A luz das galáxias mais distantes, como a vemos agora, foi esticada para comprimentos de onda mais longos e mais vermelhos devido à expansão do Universo.

Isso significa que parte da luz que seria visível aos nossos olhos quando foi emitida pela primeira vez perdeu energia à medida que o Universo se expandia. Está agora em uma região completamente diferente do espectro eletromagnético. Este é um fenômeno chamado desvio para o vermelho cosmológico.

E é aqui que o JWST realmente se destaca. A ampla faixa de comprimentos de onda infravermelhos detectáveis ​​pelo JWST permite que ele veja galáxias que o Hubble nunca conseguiu. Combine essa capacidade com o enorme espelho do JWST e a excelente resolução de pixels, e você terá a máquina do tempo mais poderosa do Universo conhecido.

Idade da luz não é igual a distância

Usando o JWST, poderemos capturar galáxias extremamente distantes como eram apenas 100 milhões de anos após o Big Bang – que aconteceu há cerca de 13,8 bilhões de anos. Assim, poderemos ver a luz de 13,7 bilhões de anos atrás.

O que está prestes a bugar sua mente, no entanto, é que essas galáxias não estão a 13,7 bilhões de anos-luz de distância. A distância real para essas galáxias hoje seria de cerca de 46 bilhões de anos-luz.

Essa discrepância é tudo graças ao Universo em expansão e torna o trabalho em uma escala muito grande complicado.

O Universo está se expandindo devido a algo chamado energia escura. Acredita-se que seja uma constante universal, agindo igualmente em todas as áreas do espaço-tempo (o tecido do nosso Universo).

E quanto mais o Universo se expande, maior o efeito da energia escura em sua expansão. É por isso que, embora o Universo tenha 13,8 bilhões de anos, na verdade ele tem cerca de 93 bilhões de anos-luz de diâmetro.

Não podemos ver o efeito da energia escura em escala galáctica (dentro da Via Láctea), mas podemos vê-lo em distâncias cosmológicas muito maiores.

Sente-se e aproveite

Vivemos uma época notável de tecnologia. Há apenas 100 anos, não sabíamos que havia outras galáxias além da nossa. Agora, estimamos que existam trilhões, e temos muitas estimativas.

E para o futuro próximo, o JWST nos levará em uma jornada através do espaço e do tempo todas as semanas.


Sara Webb é bolsista de pesquisa de pós-doutorado do Centro de Astrofísica e Supercomputação da Universidade de Tecnologia de Swinburne.