De seus laboratórios em um planeta rochoso diminuído pela vastidão do espaço, Os cientistas da Clemson University conseguiram medir toda a luz das estrelas já produzida ao longo da história do universo observável.

Os astrofísicos acreditam que nosso universo, que tem cerca de 13,7 bilhões de anos, começou a formar as primeiras estrelas quando tinha algumas centenas de milhões de anos. Desde então, o universo tornou-se um tour de force criador de estrelas. Existem agora cerca de dois trilhões de galáxias e um trilhão-trilhão de estrelas. Usando novos métodos de medição da luz das estrelas, O astrofísico Marco Ajello do Clemson College of Science e sua equipe analisaram dados do Telescópio Espacial Fermi Gamma-ray da NASA para determinar a história da formação de estrelas durante a maior parte da vida do universo.

Um artigo colaborativo intitulado "A determinação de raios gama da história da formação estelar do Universo" foi publicado em 30 de novembro na revista Ciência e descreve os resultados e ramificações do novo processo de medição da equipe.

"A partir de dados coletados pelo telescópio Fermi, fomos capazes de medir toda a quantidade de luz das estrelas já emitida. Isso nunca foi feito antes, "disse Ajello, quem é o autor principal do artigo. "A maior parte dessa luz é emitida por estrelas que vivem em galáxias. E assim, isso nos permitiu compreender melhor o processo de evolução estelar e obter percepções cativantes sobre como o universo produziu seu conteúdo luminoso. "

Colocar um número na quantidade de luz estelar já produzida tem várias variáveis ​​que tornam difícil quantificar em termos simples. Mas de acordo com a nova medição, o número de fótons (partículas de luz visível) que escaparam para o espaço após serem emitidos por estrelas se traduz em 4x10 ⁸⁴ .

Apesar deste número estupendamente grande, é interessante notar que, com exceção da luz que vem de nosso próprio sol e galáxia, o resto da luz das estrelas que atinge a Terra é excessivamente fraca - equivalente a uma lâmpada de 60 watts vista na escuridão completa a cerca de 2,5 milhas de distância. Isso ocorre porque o universo é quase incompreensivelmente enorme. É também por isso que o céu fica escuro à noite, além da luz da lua, estrelas visíveis e o brilho fraco da Via Láctea.

O Telescópio Espacial Fermi Gamma-ray foi lançado em órbita baixa em 11 de junho, 2008, e recentemente completou 10 anos. É um poderoso observatório que forneceu enormes quantidades de dados sobre os raios gama (a forma mais energética de luz) e sua interação com a luz de fundo extragaláctica (EBL), que é uma névoa cósmica composta de todo o ultravioleta, luz visível e infravermelha emitida por estrelas ou poeira em sua vizinhança. Ajello e seu colega de pós-doutorado Vaidehi Paliya analisaram quase nove anos de dados relativos a sinais de raios gama de 739 blazares.

Blazares são galáxias contendo buracos negros supermassivos capazes de liberar jatos estreitamente colimados de partículas energéticas que saltam de suas galáxias e cruzam o cosmos quase à velocidade da luz. Quando um desses jatos está apontado diretamente para a Terra, é detectável mesmo quando originado de muito longe. Os fótons de raios gama produzidos dentro dos jatos eventualmente colidem com a névoa cósmica, deixando uma impressão observável. Isso permitiu à equipe de Ajello medir a densidade da névoa não apenas em um determinado lugar, mas também em um determinado momento da história do universo.

"Os fótons de raios gama que viajam através de uma névoa de luz das estrelas têm uma grande probabilidade de serem absorvidos, "disse Ajello, professor assistente no departamento de física e astronomia. "Medindo quantos fótons foram absorvidos, pudemos medir a espessura do nevoeiro e também medir, em função do tempo, quanta luz havia em toda a gama de comprimentos de onda. "

Usando pesquisas de galáxias, a história da formação de estrelas do universo foi estudada por décadas. Mas um obstáculo enfrentado por pesquisas anteriores foi que algumas galáxias estavam muito distantes, ou muito fraco, para qualquer telescópio atual detectar. Isso forçou os cientistas a estimar a luz das estrelas produzida por essas galáxias distantes, em vez de registrá-la diretamente.

A equipe de Ajello conseguiu contornar isso usando os dados do Telescópio de Grande Área de Fermi para analisar a luz de fundo extragaláctica. A luz das estrelas que escapa das galáxias, incluindo os mais distantes, eventualmente torna-se parte da EBL. Portanto, medições precisas desta névoa cósmica, que só recentemente se tornaram possíveis, eliminou a necessidade de estimar as emissões de luz de galáxias ultra-distantes.

Paliya realizou a análise de raios gama de todos os 739 blazares, cujos buracos negros são milhões a bilhões de vezes mais massivos que o nosso sol.

"Ao usar blazares a distâncias diferentes de nós, medimos a luz total das estrelas em diferentes períodos de tempo, "disse Paliya, do departamento de física e astronomia." Medimos a luz total das estrelas em cada época - um bilhão de anos atrás, dois bilhões de anos atrás, seis bilhões de anos atrás, etc. - desde a época em que as estrelas foram formadas. Isso nos permitiu reconstruir o EBL e determinar a história da formação estelar do universo de uma maneira mais eficaz do que antes. "

Quando os raios gama de alta energia colidem com a luz visível de baixa energia, eles se transformam em pares de elétrons e pósitrons. De acordo com a NASA, A capacidade de Fermi de detectar raios gama em uma ampla gama de energias o torna especialmente adequado para mapear a névoa cósmica. Essas interações de partículas ocorrem em distâncias cósmicas imensas, o que permitiu ao grupo de Ajello sondar mais profundamente do que nunca a produtividade de formação de estrelas do universo.

“Há muito tempo os cientistas tentam medir o EBL. No entanto, primeiros planos muito brilhantes como a luz zodiacal (que é a luz espalhada pela poeira no sistema solar) tornou esta medição muito desafiadora, "disse o co-autor Abhishek Desai, um assistente de pesquisa de pós-graduação no departamento de física e astronomia. "Nossa técnica é insensível a qualquer primeiro plano e, portanto, superou essas dificuldades de uma só vez."

Formação de estrelas, que ocorre quando regiões densas de nuvens moleculares entram em colapso e formam estrelas, atingiu o pico há cerca de 11 bilhões de anos. Mas embora o nascimento de novas estrelas tenha diminuído desde então, nunca parou. Por exemplo, cerca de sete novas estrelas são criadas em nossa galáxia, a Via Láctea, a cada ano.

Estabelecendo não apenas a EBL atual, mas revelar sua evolução na história cósmica é um grande avanço neste campo, de acordo com o membro da equipe Dieter Hartmann, professor do departamento de física e astronomia.

"A formação de estrelas é um grande ciclo cósmico e reciclagem de energia, matéria e metais. É o motor do universo, "Hartmann disse." Sem a evolução das estrelas, não teríamos os elementos fundamentais necessários à existência de vida. "

Compreender a formação de estrelas também tem ramificações para outras áreas do estudo astronômico, incluindo pesquisas sobre poeira cósmica, evolução da galáxia e matéria escura. A análise da equipe fornecerá às missões futuras uma diretriz para explorar os primeiros dias da evolução estelar - como o futuro Telescópio Espacial James Webb, que será lançado em 2021 e permitirá aos cientistas caçar a formação de galáxias primordiais.

"O primeiro bilhão de anos da história do nosso universo é uma época muito interessante que ainda não foi sondada pelos satélites atuais, "Concluiu Ajello." Nossa medição nos permite espiar por dentro. Talvez um dia encontremos uma maneira de voltar ao Big Bang. Este é o nosso objetivo final. "