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Cientistas viajaram até os limites do sistema solar, pelo menos virtualmente, para capturar as medições mais precisas até o momento do brilho fraco que permeia o universo — um fenômeno conhecido como fundo óptico cósmico.
O novo estudo, publicado em 28 de agosto em O Jornal Astrofísicobaseia-se em observações da nave espacial New Horizons da NASA, que passou zunindo por Plutão em 2015 e agora está a quase 5,5 bilhões de milhas da Terra. A pesquisa busca responder a uma pergunta enganosamente simples, disse o coautor Michael Shull, astrofísico da University of Colorado Boulder.
“O céu está realmente escuro?”, disse Shull, professor emérito do Departamento de Ciências Astrofísicas e Planetárias.
O espaço pode parecer preto aos olhos humanos, mas os cientistas acreditam que não é completamente escuro. Desde o surgimento do cosmos, trilhões de galáxias contendo inúmeras estrelas se formaram e morreram, deixando para trás uma luz imperceptivelmente fraca. Pense nisso como a luz noturna no espaço.
Shull e a equipe, liderada por Marc Postman no Space Telescope Science Institute em Baltimore, calcularam o quão brilhante é esse brilho. Suas descobertas sugerem que o fundo óptico cósmico é aproximadamente 100 bilhões de vezes mais fraco do que a luz solar que atinge a superfície da Terra¬ — muito fraco para os humanos verem a olho nu.
Os resultados podem ajudar os cientistas a lançar luz sobre a história do universo desde o Big Bang.
“Somos como contadores cósmicos, somando todas as fontes de luz que podemos contabilizar no universo”, disse Shull.
No escuro
É um tipo de cálculo numérico que captura a imaginação dos cientistas há quase 50 anos, ele acrescentou.
Shull explicou que, após décadas de pesquisa, os astrofísicos acham que têm uma boa ideia de como o cosmos evoluiu. As primeiras galáxias se formaram durante uma época conhecida como Amanhecer Cósmico, várias centenas de milhões de anos após o Big Bang. A luz das estrelas das galáxias no universo distante atingiu seu ponto mais brilhante há cerca de 10 bilhões de anos e vem diminuindo desde então.
Medições precisas do fundo óptico cósmico podem ajudar os cientistas a confirmar se essa imagem do cosmos faz sentido — ou se há objetos misteriosos e ainda não descobertos lançando luz no espaço.
No entanto, fazer esse tipo de medição não é fácil, especialmente da Terra.
A vizinhança da Terra está repleta de pequenos grãos de poeira e outros detritos. A luz solar brilha nessa bagunça, apagando quaisquer sinais que possam estar vindo do fundo óptico cósmico.
“Uma metáfora que eu uso é que se você quer ver as estrelas, você precisa sair de Denver”, disse Shull. “Você tem que ir bem longe, bem para o canto nordeste do Colorado, onde tudo o que você tem pela frente são Dakota do Sul e Nebraska.”
A New Horizons deu aos cientistas uma oportunidade única de fazer algo semelhante no espaço.
Contabilidade cósmica
A missão tem origens exclusivamente do Colorado. Alan Stern, que estudou como aluno de pós-graduação na CU Boulder com Shull e o ex-pesquisador associado sênior Jack Brandt, lidera a missão New Horizons. Ele está atualmente baseado no Southwest Research Institute em Boulder, Colorado. A espaçonave também carrega o Student Dust Counter, um instrumento projetado e construído por alunos do Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP) da CU Boulder.
Ao longo de várias semanas no verão de 2023, os pesquisadores apontaram o Long Range Reconnaissance Imager (LORRI) da New Horizons para 25 áreas do céu.
Mesmo na borda do sistema solar, a equipe ainda tinha muita luz extra para lidar. A Via Láctea, por exemplo, fica dentro de um halo que, como nosso sistema solar, acumula poeira.
“Você não pode fugir da poeira”, disse Shull. “Está em todo lugar.”
Ele e seus colegas estimaram quanta luz aquele halo poderia gerar, então subtraíram do que estavam vendo com o LORRI. Após se livrar de fontes adicionais de luz, a equipe ficou com o fundo óptico cósmico.
Em termos científicos, esse nível de radiação equivale a cerca de 11 nanowatts por metro quadrado por esterradiano. (Um esterradiano é um pedaço do céu com uma largura cerca de 130 vezes maior que o diâmetro da lua).
Shull disse que esse valor se alinha bem com quantas galáxias os cientistas acreditam que deveriam ter se formado desde o Big Bang. Em outras palavras, não parece haver nenhum objeto estranho, como tipos exóticos de partículas, lá fora no espaço produzindo muita luz. Mas os pesquisadores não podem descartar tais anomalias completamente.
As medições da equipe provavelmente serão as melhores estimativas do brilho do universo por um longo tempo. A New Horizons está usando seus suprimentos de combustível restantes para perseguir outras prioridades científicas, e nenhuma outra missão está atualmente indo em direção a esses cantos frios e escuros do espaço.
“Se eles colocarem uma câmera em uma missão futura, e todos nós esperarmos algumas décadas para que ela chegue, poderemos ver uma medição mais exata”, disse Shull.
Outros coautores do novo estudo incluem Alan Stern e Tod Lauer, do SWRI, do National Science Foundation National Optical Infrared Astronomy Research Laboratory dos EUA. Pesquisadores do Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, University of Texas at San Antonio e University of Virginia também participaram.
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