Os astrónomos usaram recentemente o Hobby-Eberly Telescope Dark Energy Survey (HETDEX) para desenhar o mapa tridimensional de distribuição da radiação de hidrogénio mais detalhado até à data e, pela primeira vez, delinearam uma “teia cósmica oculta” de galáxias e gás entrelaçados no universo há cerca de 10 mil milhões de anos. Este mapa rastreia a luz da linha alfa de Lyman emitida por átomos de hidrogênio após absorver energia de estrelas próximas. O seu intervalo de tempo cobre a evolução do Universo de cerca de 9 mil milhões a 11 mil milhões de anos atrás.

A radiação alfa de Lyman é geralmente particularmente forte em regiões com formação estelar ativa e tem sido uma pista importante para encontrar as primeiras galáxias brilhantes. No entanto, a localização de um grande número de galáxias ténues e nuvens difusas de gás que emitem o mesmo sinal tem sido difícil de localizar. Maya Lujan Niemeyer, do Instituto Max Planck de Astrofísica na Alemanha, membro da equipa Heterdex responsável por este trabalho de mapeamento, disse que observar o universo primitivo ajuda a compreender como as galáxias evoluíram para o que são hoje e o papel do gás intergaláctico neste processo. No entanto, estes alvos são extremamente distantes e pouco luminosos, o que representa um enorme desafio para as capacidades de observação.

Para detectar essas fontes anteriormente “invisíveis”, os pesquisadores usaram um novo método de “mapeamento de intensidade de linha espectral”. Em vez de identificar galáxias individuais, uma por uma, mediram a intensidade global da radiação de um determinado elemento no espaço em grande escala, capturando assim o brilho cumulativo de incontáveis ​​alvos fracos de uma só vez. Julian Muñoz, coautor do artigo e astrônomo da Universidade do Texas em Austin, disse vividamente que os levantamentos tradicionais do céu são como marcar apenas as luzes mais brilhantes da cidade no céu noturno em um avião, enquanto o mapeamento de intensidade é como olhar para a Terra através de uma “janela manchada”. Embora a imagem esteja desfocada, ela registra todas as fontes de luz, não apenas a parte mais brilhante.

Este trabalho é o primeiro a usar um conjunto de dados tão grande para realizar mapeamento de intensidade da radiação alfa de Lyman com alta precisão. O projeto HETDEX depende do Telescópio Hobby-Eberly do Observatório McDonald. Foi originalmente concebido para estudar a energia escura medindo as posições de mais de um milhão de galáxias brilhantes. No processo, acumulou dados espectrais extremamente grandes – mais de 600 milhões de espectros, cobrindo uma área do céu equivalente à área total de mais de 2.000 luas cheias no céu. Carl Gebhardt, líder do projeto e presidente do Departamento de Astronomia da Universidade do Texas em Austin, destacou que apenas cerca de 5% dos dados são realmente usados ​​na análise científica diária, e a maior parte do restante está armazenada no disco rígido, que contém um enorme potencial.

Niemeyer enfatizou que o HETDEX quase “fecha a luz” em uma área do céu, mas as galáxias que são realmente brilhantes o suficiente para serem incluídas na amostra do alvo científico original são apenas a ponta do iceberg, e mais luz está escondida no fundo aparentemente vazio. Para “pescar” a estrutura da teia cósmica a partir da enorme quantidade de observações originais, a equipe desenvolveu um software especial e usou o supercomputador do Texas Advanced Computing Center para processar centralmente cerca de meio petabyte de dados.

A equipa de investigação usou então o catálogo existente de galáxias brilhantes como “sinais” para inferir as possíveis localizações de distribuição de galáxias mais ténues e nuvens de gás luminosas em torno delas. Como a gravidade une a matéria, as galáxias brilhantes marcam frequentemente áreas onde a matéria está altamente concentrada. Eiichiro Komatsu, diretor científico do Instituto Max Planck de Astrofísica que participou do estudo, disse que essas galáxias conhecidas podem ser consideradas como apostas e podem ser usadas para estimar a distância e distribuição de fontes fracas. O mapa resultante não só mostra detalhes mais claros em torno de galáxias brilhantes, mas também revela pela primeira vez a estrutura rica e complexa nas áreas originalmente “em branco” entre as galáxias.

A comunidade astronômica já realizou um grande número de simulações computacionais sobre a evolução do universo durante este período, mas, afinal, eram apenas deduções teóricas. A rede cósmica medida obtida desta vez fornece uma referência sólida para testar processos astrofísicos relacionados. Em seguida, os pesquisadores planejam cruzar este mapa de intensidade alfa de Lyman do hidrogênio com os resultados da pesquisa de outros elementos. Por exemplo, o gás frio e denso que rodeia as regiões de nascimento estelar é frequentemente revelado pela radiação de monóxido de carbono. Espera-se que o mapa de intensidade correspondente revele mais detalhes sobre o ambiente de estrelas jovens que produzem radiação Lyman alfa.

Muñoz disse que este trabalho é antes de tudo uma “primeira detecção”, que por si só tem grande significado. Também abre uma nova maneira de delinear sistematicamente o universo usando métodos de mapeamento de intensidade. Ele acredita que o Telescópio Hobby-Eberly desempenha um papel pioneiro neste campo. À medida que uma variedade de novos instrumentos complementares são utilizados, um após o outro, a humanidade poderá inaugurar uma "era de ouro" para o mapeamento da estrutura em grande escala do universo.