Um instrumento projetado para criar imagens da vasta teia de gás que conecta as galáxias do universo foi enviado de Los Angeles para o Havaí, onde será integrado ao Observatório W. M. Keck.

O instrumento, chamado Keck Cosmic Web Imager, ou KCWI, foi projetado e construído por uma equipe da Caltech liderada pelo professor de física Christopher Martin. Será um dos melhores instrumentos do mundo para obter imagens espectrais de objetos cósmicos - imagens detalhadas onde cada pixel pode ser visualizado em todos os comprimentos de onda da luz visível. Essas informações espectrais de alta resolução permitirão aos astrônomos estudar as composições, velocidades, e massas de muitos objetos, como estrelas e galáxias, de maneiras que não eram possíveis antes.

Um dos principais objetivos do KCWI, e uma paixão de Martin nos últimos 30 anos, é responder à pergunta:o que está fazendo o gás ao redor das galáxias?

"Por décadas, astrônomos demonstraram que as galáxias evoluem. Agora estamos tentando descobrir como e por quê, "diz Martin." Sabemos que o gás ao redor das galáxias está, em última análise, alimentando-as, mas é tão tênue - ainda não fomos capazes de dar uma olhada nele e entender como esse processo funciona. "

Martin e sua equipe estudam o que é chamado de teia cósmica - uma vasta rede de fluxos de gás entre galáxias. Recentemente, os cientistas encontraram evidências que apóiam o que é chamado de modelo de fluxo frio, em que este gás se funde para os núcleos das galáxias, onde se condensa e forma novas estrelas. Os pesquisadores previram que os filamentos de gás fluiriam primeiro em uma grande estrutura semelhante a um anel ao redor da galáxia antes de espiralar para dentro dela - exatamente o que Martin e sua equipe descobriram usando o Palomar Cosmic Web Imager, um precursor do KCWI, no Observatório Palomar da Caltech, perto de San Diego.

"Medimos a cinemática, ou movimento, do gás ao redor de uma galáxia e encontrou um disco giratório muito grande conectado a um filamento de gás, "diz Martin." Era a arma fumegante para o modelo de fluxo frio. "

Com KCWI, os pesquisadores vão olhar mais de perto os filamentos de gás e estruturas semelhantes a anéis em torno das galáxias que variam de 10 a 12 bilhões de anos-luz de distância, uma era em que nosso universo tinha cerca de 2 a 4 bilhões de anos. O KCWI não apenas pode tirar fotos mais detalhadas do que o Palomar Cosmic Web Imager, tem outros avanços, como melhores revestimentos de espelho. A combinação dessas melhorias com o fato de que o KCWI está sendo instalado em um dos telescópios gêmeos Keck de 10 metros - o maior observatório do mundo com alguns dos céus mais escuros conhecidos na Terra - significa que o KCWI terá um desempenho melhorado em mais de um ordem de magnitude sobre o Palomar Cosmic Web Imager.

KCWI irá mapear o gás fluindo do meio intergaláctico - o espaço entre as galáxias - em muitas galáxias jovens, revelador, pela primeira vez, o modo dominante de formação de galáxias no universo primitivo. O instrumento também buscará ventos supergalácticos de galáxias que conduzem o gás de volta ao meio intergaláctico. Como o gás flui para dentro e para fora das galáxias em formação é a questão central em aberto na formação de estruturas cósmicas.

"Projetamos o KCWI para estudar objetos muito escuros e difusos, nossa ênfase principal está na fina teia cósmica e nas interações das galáxias com seus arredores, "diz Mateusz (Matt) Matuszewski, o cientista de instrumentos do projeto.

O KCWI também foi projetado para ser um instrumento de uso mais geral do que o Cosmic Web Imager da Palomar, que é principalmente para estudos da teia cósmica. Ele estudará tudo, desde jatos de gás em torno de estrelas jovens aos ventos de estrelas mortas e buracos negros supermassivos e muito mais. "O instrumento é muito versátil, "diz Matuszewski." Os observadores podem configurar a ótica para ajustar as escalas espaciais e espectrais e as resoluções de acordo com seus interesses. "

As porcas e os parafusos do KCWI

Cientistas e engenheiros têm estado ocupados montando os elementos altamente complexos do instrumento KCWI na Caltech desde 2012. O instrumento tem o tamanho de um caminhão de sorvete e pesa mais de 4, 000 quilogramas. A principal característica do KCWI é sua capacidade de capturar informações espectrais sobre objetos, como galáxias, em uma imagem ampla. Tipicamente, astrônomos capturam espectros usando instrumentos chamados espectrógrafos, que têm janelas estreitas em forma de fenda. O espectrógrafo separa a luz da fenda em cada uma das cores que compõem o objeto-alvo, assim como um prisma que espalha a luz em um arco-íris. Mas os espectrógrafos tradicionais não podem ser usados ​​para capturar informações espectrais em uma imagem inteira.

"Os espectrógrafos tradicionais usam várias pequenas fendas para capturar muitas estrelas ou os núcleos de muitas galáxias, "diz Martin." Agora, queremos ver as características que se estendem pelo céu, como jatos estelares e galáxias, que têm estruturas complexas, velocidades, e fluxos de gás. Se você só pode olhar por uma fenda, você só pode ver uma pequena parte do que está acontecendo. Mas queremos ver o quadro completo. É por isso que precisamos de um espectrógrafo de imagem, um dispositivo que fornece uma imagem para cada comprimento de onda em uma visão ampla. "

Para criar um espectrógrafo que pode gerar imagens de objetos mais extensos, como galáxias, KCWI usa o que é chamado de projeto de campo integral, que basicamente divide uma imagem em 24 fendas, e reúne todas as informações espectrais de uma vez.

"Se você está olhando para algo grande no céu, é ineficiente ter apenas uma fenda e passar pelo objeto, então, um espectrógrafo de campo integral combina uma série de espelhos em forma de fenda em um campo de visão contínuo, "diz Patrick Morrissey, o cientista do projeto para KCWI que agora trabalha no JPL. "Imagine olhar para um espelho quebrado - a imagem refletida é deslocada dependendo dos ângulos das peças. É assim que o espectrógrafo de campo integral funciona. Uma série de espelhos trabalham juntos para fazer uma pilha quadrada de fendas em uma imagem aparecer como uma única fenda vertical tradicional. "

KCWI tem a resolução espectral mais alta de qualquer espectrógrafo de campo integral, o que significa que pode separar melhor o arco-íris de luz para ver mais cores, ou comprimentos de onda. A primeira fase do instrumento, agora a caminho de Keck, cobre o lado azul do espectro visível, abrangendo a faixa de comprimento de onda de 3500 a 5600 Angstroms. Uma segunda fase, estendendo a cobertura para o lado vermelho do espectro, para 10400 Angstroms, será construído a seguir.

KCWI para escalar Mauna Kea

Depois que KCWI chega ao Havaí em 18 de janeiro, engenheiros irão guiá-lo até o topo de Mauna Kea, onde Keck está empoleirado. Uma série de testes de verificação e alinhamento está planejada, e será seguido em alguns meses pelas primeiras observações pelo telescópio Keck.

"Existem trilhos de trem ao redor do telescópio onde os instrumentos são instalados, "diz Morrissey." É como uma daquelas velhas casas redondas de ferrovia onde o trem entrava e eles o giravam para um espaço disponível para armazenamento. O telescópio gira, aponta para o instrumento que o astrônomo deseja usar, e então eles rolam o instrumento. Em breve KCWI se tornará parte do telescópio. "

KCWI é financiado pela National Science Foundation, por meio do programa da Associação de Universidades para Pesquisa em Astronomia (AURA), e pela Fundação Heising-Simons, o W.M. Fundação Keck, a Divisão de Física da Caltech, Matemática e Astronomia, e os Observatórios Óticos Caltech.