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Um estudo usando dados de telescópios na Terra e no céu resolve um problema que atormenta os astrônomos que trabalham no infravermelho e pode ajudar a fazer melhores observações da composição do universo com o Telescópio Espacial James Webb e outros instrumentos. A obra é publicada em 20 de abril em Astronomia da Natureza.
“Estamos tentando medir a composição dos gases dentro das galáxias”, disse Yuguang Chen, pesquisador de pós-doutorado que trabalha com o professor Tucker Jones no Departamento de Física e Astronomia da Universidade da Califórnia, em Davis.
A maioria dos elementos, exceto hidrogênio, hélio e lítio, é produzida dentro das estrelas, então a composição e distribuição de elementos mais pesados - especialmente a proporção de oxigênio para hidrogênio – pode ajudar os astrônomos a entender quantos e quais tipos de estrelas estão sendo formados em um planeta distante. objeto.
Os astrônomos usam dois métodos para medir o oxigênio em uma galáxia, mas, infelizmente, eles fornecem resultados diferentes. Um método comum, linhas excitadas por colisão, fornece um sinal forte, mas acredita-se que os resultados sejam sensíveis a mudanças de temperatura, disse Chen. Um segundo método usa um conjunto diferente de linhas, chamadas linhas de recombinação, que são mais fracas, mas não são afetadas pela temperatura.
O método da linha de recombinação produz consistentemente medições aproximadamente o dobro daquelas de linhas excitadas por colisão. Os cientistas atribuem a discrepância às flutuações de temperatura nas nuvens de gás, mas isso não foi provado diretamente, disse Chen.
Chen, Jones e seus colegas usaram astronomia óptica e infravermelha para medir a abundância de oxigênio na galáxia anã Markarian 71, a cerca de 11 milhões de anos-luz da Terra. Eles usaram dados arquivados do recentemente aposentado telescópio voador SOFIA e do aposentado Herschel Space Observatory, além de fazer observações com telescópios no WM Keck Observatory em Mauna Kea, Havaí.
SOFIA (Stratospheric Observatory For Infrared Astronomy) era um telescópio montado em uma aeronave Boeing 747. Ao voar de 38.000 a 45.000 pés, a aeronave pode atingir acima de 99% do vapor de água na atmosfera da Terra, o que efetivamente bloqueia a luz infravermelha do espaço profundo de atingir o nível do solo. Um projeto conjunto da NASA e da agência espacial alemã, o SOFIA fez seu último voo operacional em setembro de 2022 e agora está indo para uma exibição em um museu em Tucson.
O Observatório Espacial Herschel, em homenagem aos astrônomos William e Caroline Herschel, era um telescópio espacial infravermelho operado pela Agência Espacial Européia. Esteve ativo de 2009 a 2013.
um resultado surpreendente
Com os dados desses instrumentos, Chen e Jones examinaram a abundância de oxigênio em Markarian 71 enquanto corrigiam as flutuações de temperatura. Eles descobriram que o resultado das linhas infravermelhas excitadas por colisão ainda era 50% menor do que o do método da linha de recombinação, mesmo depois de eliminar o efeito da temperatura.
“Este resultado é muito surpreendente para nós”, disse Chen. Não há consenso sobre uma explicação para a discrepância, disse ele. A equipe planeja observar objetos adicionais para descobrir quais propriedades das galáxias se correlacionam com essa variação, disse Chen.
Um dos objetivos do Telescópio Espacial James Webb, lançado em 2022, é fazer observações no infravermelho da composição de galáxias distantes no primeiro bilhão de anos do universo. Os novos resultados fornecem uma estrutura para fazer essas medições com o JWST e o Atacama Large Millimeter Array no Chile.
Os co-autores adicionais do artigo são: Ryan Sanders e Erin Huntzinger, UC Davis; Dario Fadder, Jessica Sutter e Robert Minchin, SOFIA Science Center, NASA Ames Research Center; Peter Senchyna, Observatórios do Carnegie Institute for Science, Pasadena; Daniel Stark e Benjamin Weiner, Observatório Steward, Universidade do Arizona; Justin Spilker, Texas A&M University; e Guido Roberts-Borsani, UCLA. O trabalho foi financiado em parte pela NASA. O SOFIA foi operado em conjunto pela Universities Space Research Association, Inc. e pelo Deutsches SOFIA Institut.
O Observatório WM Keck é operado como uma parceria científica entre o Instituto de Tecnologia da Califórnia, a Universidade da Califórnia e a NASA, com apoio financeiro da Fundação WM Keck. Os pesquisadores gostariam de agradecer à comunidade havaiana pelo privilégio de permitir que eles conduzam observações em Mauna Kea, que desempenha um papel cultural e religioso significativo.
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