p Usando dados do instrumento MUSE, pesquisadores do Instituto Leibniz de Astrofísica Potsdam (AIP) conseguiram detectar nebulosas planetárias extremamente fracas em galáxias distantes. O método usado, um algoritmo de filtro no processamento de dados de imagem, abre novas possibilidades para medição de distâncias cósmicas - e, portanto, também para determinar a constante de Hubble. p As nebulosas planetárias são conhecidas na vizinhança do Sol como objetos coloridos que aparecem no final da vida de uma estrela à medida que ela evolui do estágio de gigante vermelha para anã branca:quando a estrela esgota seu combustível para a fusão nuclear, ele explode seu envelope de gás para o espaço interestelar, contratos, fica extremamente quente, e excita o envelope de gás em expansão para brilhar. Ao contrário do espectro contínuo da estrela, os íons de certos elementos neste envelope de gás, como o hidrogênio, oxigênio, hélio e néon, emitem luz apenas em certos comprimentos de onda. Filtros ópticos especiais ajustados para esses comprimentos de onda podem tornar as nebulosas tênues visíveis. O objeto mais próximo deste tipo em nossa Via Láctea é a Nebulosa Helix, 650 anos-luz de distância.

p Conforme a distância de uma nebulosa planetária aumenta, o diâmetro aparente em uma imagem diminui, e o brilho aparente integrado diminui com o quadrado da distância. Em nossa galáxia vizinha, a Galáxia de Andrômeda, a uma distância quase 4000 vezes maior, a Nebulosa da Hélice só seria visível como um ponto, e seu brilho aparente seria quase 15 milhões de vezes mais fraco. Com grandes telescópios modernos e longos tempos de exposição, tais objetos podem, no entanto, ser fotografados e medidos usando filtros ópticos ou espectroscopia de imagem. Martin Roth, primeiro autor do novo estudo e chefe do departamento innoFSPEC da AIP:"Utilizando o instrumento PMAS desenvolvido na AIP, Conseguimos fazer isso pela primeira vez com espectroscopia de campo integral para um punhado de nebulosas planetárias na Galáxia de Andrômeda de 2001 a 2002 no telescópio de 3,5 m do Observatório Calar Alto. Contudo, o campo de visão relativamente pequeno do PMAS ainda não permitia investigar uma amostra maior de objetos. "

p Demorou uns bons 20 anos para desenvolver ainda mais esses primeiros experimentos usando um instrumento mais poderoso com um campo de visão mais de 50 vezes maior em um telescópio muito maior. O MUSE no Very Large Telescope no Chile foi desenvolvido principalmente para a descoberta de objetos extremamente tênues na borda do universo atualmente observáveis ​​para nós - e tem produzido resultados espetaculares para este propósito desde as primeiras observações. É precisamente essa propriedade que também entra em jogo na detecção de PN extremamente tênues em uma galáxia distante.

p A galáxia NGC 474 é um exemplo particularmente bom de uma galáxia que, através da colisão com outro, galáxias menores, formou uma notável estrutura em anel a partir das estrelas espalhadas por efeitos gravitacionais. Encontra-se a cerca de 110 milhões de anos-luz de distância, que é cerca de 170, 000 vezes mais longe do que a nebulosa Helix. O brilho aparente de uma nebulosa planetária nesta galáxia é, portanto, quase 30 bilhões de vezes menor que o da Nebulosa Helix e está na faixa de galáxias cosmologicamente interessantes para as quais a equipe projetou o instrumento MUSE.

p Uma equipe de pesquisadores da AIP, junto com colegas dos EUA, desenvolveu um método para usar o MUSE para isolar e medir com precisão os sinais extremamente fracos de nebulosas planetárias em galáxias distantes com alta sensibilidade. Um algoritmo de filtro particularmente eficaz no processamento de dados de imagem desempenha um papel importante aqui. Para a galáxia anelar NGC 474, Os dados do arquivo ESO estavam disponíveis, com base em duas exposições MUSE muito profundas com 5 horas de tempo de observação cada. O resultado do processamento de dados:após a aplicação do algoritmo de filtro, um total de 15 nebulosas planetárias extremamente tênues se tornaram visíveis.

p Este procedimento altamente sensível abre um novo método para medição de distância que é adequado para contribuir para a solução da discrepância atualmente discutida na determinação da constante de Hubble. Nebulosas planetárias têm a propriedade de fisicamente, uma certa luminosidade máxima não pode ser excedida. A função de distribuição das luminosidades de uma amostra em uma galáxia, ou seja, a função de luminosidade das nebulosas planetárias (PNLF), interrompe no final brilhante. Esta propriedade é a de uma vela padrão, que pode ser usado para calcular uma distância por métodos estatísticos. O método PNLF já foi desenvolvido em 1989 pelos membros da equipe George Jacoby (NSF's NOIRLab) e Robin Ciardullo (Penn State University). Foi aplicado com sucesso a mais de 50 galáxias nos últimos 30 anos, mas foi limitado pelas medições do filtro usadas até agora. Galáxias com distâncias maiores que as dos aglomerados de Virgem ou Fornax estavam além do alcance. O estudo, agora publicado no Astrophysical Journal , mostra que o MUSE pode atingir mais do que o dobro do alcance, permitindo uma medição independente da constante de Hubble.