Reino das Galáxias: As galáxias mais distantes do universo

Sexto capítulo da série "O Reino das Galáxias"

Domingos Sávio de Lima Soares

16 de janeiro de 2008

 (publicado originalmente no site do autor)

Em abril de 1990, as agências espaciais norte-americana (NASA) e européia (ESA) colocaram em órbita da Terra um telescópio refletor com um espelho de 2,4 m de diâmetro, que revolucionou a astronomia desde então. Este telescópio foi denominado, muito apropriadamente, "Telescópio Espacial Hubble" (HST, na sigla em inglês, "Hubble Space Telescope", e que será utilizada a seguir). Trata-se de uma homenagem ao pai da astronomia extragaláctica, o astrônomo norte-americano Edwin Hubble (1889-1953). Livre dos efeitos de degradação óptica da atmosfera terrestre, o HST atinge, em suas observações, uma resolução 10 vezes melhor do que os telescópios baseados no solo.

As realizações do HST são inúmeras e com freqüência espetaculares. Vários exemplos delas podem ser vistos em http://hubblesite.org.

As observações que nos interessam -- das galáxias mais distantes do universo -- foram realizadas de setembro de 2003 a janeiro de 2004 e receberam o nome de "Campo Ultra Profundo Hubble", ou, em inglês, "Hubble Ultra Deep Field", HUDF. A profundidade aqui refere-se à distância dos objetos -- na sua maioria galáxias em variados estágios de evolução. A região do céu que foi observada, ou seja, o campo, localiza-se na constelação da Fornalha, bastante próxima da nossa familar constelação do Caçador (Órion), onde estão as famosas estrelas "Três Marias". Este campo é bastante pequeno, a sua área no céu corresponde, para efeitos de comparação, a cerca de um centésimo da área da Lua quando em sua fase cheia. Quando observada através de telescópios no solo, esta área é absolutamente escura! Não se vê nada nela, nem mesmo qualquer estrela de nossa própria galáxia, a Via Láctea. Mas o que o HST "viu" foi simplesmente assustador! Nada mais, nada menos que aproximadamente 10.000 galáxias, nas formas mais esquisitas.

Campo Ultra Profundo Hubble, em inglês, "The Hubble Ultra Deep Field" (HUDF), imagem obtida pelo Telescópio Espacial Hubble em 2003 e 2004. A área do céu que aparece na imagem possui uma extensão equivalente a 10% do diâmetro da Lua cheia, e está localizada na constelação da Fornalha, próxima da conhecida constelação de Órion. Estima-se que HUDF contenha mais de 10.000 galáxias. As galáxias maiores são as mais próximas. A maioria das galáxias aparecem como pequenas manchas disformes.
(Crédito: S. Beckwith/STScI-NASA/ESA)

Como o HST conseguiu este feito? Simplesmente recebendo a fraquíssima luz proveniente da região escolhida durante mais de 11 dias! Foram utilizados dois instrumentos do HST para obter imagens simultâneas. O ACS ("Advanced Camera for Surveys", Câmera Avançada para Levantamentos) obteve imagens na luz visível -- filtros azul, verde e vermelho --, e o NICMOS ("Near Infrared Camera and Multi-object Spectrometer", Câmera de Infravermelho Próximo e Espectrômetro Multi-objeto) obteve imagens na luz infravermelha.

O HST percorreu 400 órbitas durante os 11,3 dias, os quais equivalem a cerca de 1 milhão de segundos de exposição à luz proveniente do campo escolhido. Foram feitas duas exposições por órbita, uma para cada uma das câmeras.

As galáxias mais distantes presentes no HUDF estão a uma distância estimada de 13 bilhões de anos-luz! A luz destas galáxias iniciaram a sua viagem em nossa direção muito antes da existência da Terra e do próprio Sol, cuja idade é calculada em aproximadamente 5 bilhões de anos. As galáxias que aparecem no HUDF estão em diferentes estágios de evolução, conforme a sua maior ou menor distância de nós. É bom lembrar que, no imenso Cosmo, uma grande distância no espaço representa também um grande mergulho no passado. Isto porque a luz possui uma velocidade finita e, por conseguinte, uma distância grande será percorrida num tempo também grande.

Mas o HUDF não representou a primeira tentativa do HST em busca das galáxias mais distantes do Cosmo. Antes dele foram feitas duas observações semelhantes. Elas foram denominadas "Campo Profundo Hubble Norte" ("Hubble Deep Field North, HDF-N ) e "Campo Profundo Hubble Sul" (HDF-S).

O HDF-N foi o pioneiro das observações profundas do HST. Elas forma realizadas em dezembro de 1995. O campo escolhido situa-se na constelação boreal, circumpolar, da Ursa Maior. O campo apresenta cerca de 1.500 galáxias, também em variados estágios de evolução. O HDF-N não atingiu tão profundamente como o HUDF -- o tempo de exposição foi de aproximadamente 10 dias --, mas a distância máxima atingida pelo HDF-N não é muito diferente do HUDF, cerca de 12 bilhões de anos-luz.

Campo Profundo Hubble Norte, em inglês, "The Hubble Deep Field North" (HDF-N), imagem obtida pelo Telescópio Espacial Hubble em 1995. Nesta imagem aparecem mais de 1.500 galáxias numa área do céu cuja extensão equivale a apenas 3% do diâmetro da Lua cheia, e está localizada na constelação boreal da Ursa Maior, próxima ao pólo celeste Norte. Como no HUDF, a maioria das 1.500 galáxias que aparecem aqui são vistas como pequenas manchas deformadas contra o fundo do céu.
(Crédito: R. Williams/STScI-NASA)

O HDF-S foi observado em outubro de 1998, e é o equivalente ao HDF-N para a região do céu próxima ao pólo celeste sul. O campo localiza-se na constelação do Tucano. Assim como no HDF-N, as galáxias mais distantes vistas estão à distância de aproximadamente 12 bilhões de anos-luz.

Campo Profundo Hubble Sul, em inglês, "The Hubble Deep Field South" (HDF-S), imagem obtida pelo Telescópio Espacial Hubble em 1998. A área do céu é a mesma do HDF-N mas está localizada próxima ao pólo celeste Sul, na constelação do Tucano.
(Crédito: R. Williams/STScI-NASA)

Os campos profundos do HST estão sendo estudados com vistas a um entendimento maior da evolução das galáxias, isto é, da maneira como elas nascem, vivem e eventualmente se desintegram no grande Universo em que vivemos. Algumas conclusões imediatas podem ser feitas. Independentemente da direção para onde olhamos, o Cosmo se apresenta essencialmente da mesma maneira, pontilhado de imensos sistemas estelares, as galáxias. Outra conclusão assustadora é a de que se observássemos todo o céu -- e não apenas as pequeníssimas regiões celestes dos campos profundos -- deveremos encontrar mais de 125 bilhões de galáxias!

Em números: o céu inteiro representa uma área igual a 12,7 milhões de vezes o campo do HUDF. Os astrônomos do HST estimam que para observar toda esta área o HST levaria 1 milhão de anos de contínua observação!