Como o Telescópio Espacial James Webb nos permite ver as primeiras galáxias do Universo

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Tem sido uma semana emocionante com o lançamento de fabulosas fotos do Universo pelo Telescópio Espacial James Webb (JWST). Imagens como a que podemos ver abaixo dão-nos a oportunidade de ver galáxias distantes e ténues tal como eram há mais de 13 mil milhões de anos.

Este é o momento perfeito para voltarmos atrás e gozarmos o nosso bilhete em primeira classe para as profundezas do Universo, com estas imagens que nos permitem olhar para trás no tempo. Estas imagens também levantam questões interessantes sobre de que modo a expansão do Universo influencia a forma como calculamos as distâncias à escala cosmológica.

 

Viagem moderna no tempo

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

O nosso Universo está sujeito às leis da física, sendo uma das “leis” mais conhecidas a velocidade da luz. E quando falamos de “luz”, estamos a referir-nos a todos os comprimentos de onda do espectro eletromagnético, que viajam a cerca de 300.000 quilómetros por segundo.

A luz viaja tão depressa que na nossa vida diária parece ser instantânea. Mesmo com estas velocidades alucinantes, ainda levamos algum tempo a viajar para outros lugares do cosmos.

Quando olhamos para a Lua, estamos a vê-la como era há 1,3 segundos. É apenas um pequeno olhar atrás no tempo, mas ainda assim é passado. O mesmo se passa com a luz solar, e neste caso os fotões (partículas de luz) emitidos pela superfície do Sol viajam pouco mais de oito minutos antes de chegarem à Terra.

A nossa galáxia, a Via Láctea, estende-se por mais de 100.000 anos-luz. E as belas estrelas recém-nascidas que se vêm na imagem do JWST da Nebulosa de Carina estão a 7500 anos-luz de distância. Por outras palavras, esta nebulosa, tal como a vemos, existiu cerca de 2000 anos antes do tempo em que se acredita ter sido inventada a primeira escrita, na antiga Mesopotâmia.

Sempre que olhamos para longe da Terra, estamos a olhar para trás no tempo. Esta é uma ferramenta muito poderosa para os astrónomos porque podemos usar a luz, tal como a observamos ao longo do tempo, para tentar desvendar os mistérios do nosso Universo.

 

O que torna o JWST tão espetacular

Os telescópios espaciais permitem-nos 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 faixa de luz infravermelha. E esta é uma das principais razões pelas quais o JWST pode ver mais longe no tempo que o Hubble.

As galáxias emitem em vários comprimentos de onda do espectro eletromagnético, dos raios gama às ondas de rádio com tudo o que existe pelo meio. Todas estas emissões dão-nos informações importantes sobre os diferentes fenómenos físicos que ocorrem numa galáxia.

Quando as galáxias estão próximas, a sua luz não sofreu grandes alterações desde que foi emitida, e podemos explorar uma vasta faixa de comprimentos de onda para compreendemos o que está a acontecer no seu interior.

Mas quando as galáxias estão muito distantes, não temos essa sorte. A luz das galáxias mais distantes, tal como a vemos agora, foi alongada para comprimentos de onda maiores e mais vermelhos devido à expansão do Universo.

Isto 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 foi expandindo. Está agora numa região completamente diferente do espectro eletromagnético. Este é um fenómeno a que damos o nome de “desvio para o vermelho cosmológico” (cosmological redshift).

E é aqui que o JWST realmente se destaca. A ampla faixa de comprimentos de onda infravermelhos detetáveis por este telescópio permite que ele veja galáxias que o Hubble nunca conseguiu ver. Combinando esta capacidade do JWST com o seu enorme espelho e a excelente resolução, temos a máquina do tempo mais poderosa do Universo conhecido.

 

A idade da luz não é igual a distância

Usando o JWST, poderemos captar galáxias extremamente distantes, tal como eram apenas 100 milhões de anos após o Big Bang – que aconteceu há cerca de 13,8 mil milhões de anos.

Assim, poderemos ver a luz de há 13,7 mil milhões de anos. Porém, o que pode tornar as coisas mais complicadas é que estas galáxias não estão a 13,7 mil milhões de anos-luz de distância. A distância real para estas galáxias seria hoje de ~ 46 mil milhões de anos-luz.

Esta discrepância deve-se à expansão do Universo e torna muito complicado o trabalho a uma grande escala.

O Universo está a expandir-se devido ao que designamos por “energia escura”. Acredita-se que seja uma constante universal, agindo de forma igual em todas as áreas do espaço-tempo (o tecido do nosso Universo).

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

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

 

Sente-se e desfrute

Vivemos uma época notável da tecnologia. Há apenas 100 anos, não sabíamos que havia galáxias para além da nossa. Agora, estimamos que existam biliões, e temos muitas à escolha.

No futuro próximo, o JWST irá levar-nos todas as semanas numa viagem no espaço e no tempo. Vá ficando a par das últimas novidades à medida que elas forem sendo lançadas.

 

Artigo de Sara Webb, The Conversation

Fonte da notícia: Phys.org 

Tradução: Teresa Direitinho