Como radiotelescópios nos mostram galáxias invisíveis

Nosso universo é estranho, maravilhoso e vasto, diz a astrônoma Natasha Hurley-Walker. Uma nave espacial não pode levá-lo em suas profundidades (ainda), mas um radiotelescópio pode. Nesta palestra hipnotizante e cheia de imagens, Hurley-Walker mostra como ela investiga os mistérios do universo usando tecnologia especial que revela espectros de luz que não podemos ver.

Espaço, a fronteira final.

Ouvi essas palavras quando
tinha apenas seis anos de idade,

e fui completamente inspirada.

Queria explorar novos mundos estranhos.

Queria procurar por vida nova.

Queria ver tudo que o universo
tinha a oferecer.

E esses sonhos, essas palavras,
guiaram-me em uma jornada,

uma jornada de descobrimento,

através da escola, da universidade,

a fazer um PhD e finalmente
a tornar-me astrônoma.

Bem, aprendi duas coisas incríveis,

uma um pouco infeliz

quando estava fazendo meu PhD.

Aprendi que a realidade era

que não iria pilotar
uma nave estelar tão cedo.

Mas também aprendi que o universo
é estranho, maravilhoso e vasto,

na realidade, vasto demais
para ser explorado por uma nave.

Assim, voltei a minha atenção
para a astronomia, no uso de telescópios.

Bem, essa é uma imagem do céu noturno.

É possível vê-lo em qualquer
lugar do mundo.

E todas essas estrelas fazem parte
da nossa galáxia, a Via Láctea.

Então, se você fosse para uma parte
mais escura do céu,

um bom local escuro, talvez no deserto,

poderia ver o centro da Via Láctea

espalhado diante de você,
centenas de bilhões de estrelas.

E é uma visão muito bonita.

É colorido.

E novamente, isso é apenas
um recanto do nosso universo.

Você pode ver que há uma espécie
de poeira escura estranha sobre ele.

Bem, isso é poeira local
obstruindo a luz das estrelas.

Mas podemos fazer um bom trabalho.

Só com nossos olhos, podemos explorar
nosso pequeno recanto do universo.

É possível fazer melhor.

Podemos usar telescópios maravilhosos
como o Telescópio Espacial Hubble.

Astrônomos juntaram essa imagem.

É chamada Campo Profundo do Hubble,

e passaram centenas de horas observando
apenas um minúsculo trecho do céu,

não maior do que a unha do seu polegar.

E nessa imagem

você pode ver milhares de galáxias

e nós sabemos que deve haver
centenas de milhões, bilhões de galáxias

em todo o universo,

algumas parecidas com a nossa
e outras muito diferentes.

Então você pensa: "Certo,
posso continuar essa jornada.

É fácil, posso apenas usar
um telescópio muito potente

e olhar para o céu, sem problemas".

Na verdade, algo estará
faltando se fizermos apenas isso.

Isso é porque tudo que falei até agora

é apenas usando o espectro visível,
só aquilo que seus olhos podem ver.

E isso é uma fatia muitíssimo minúscula
do que o universo tem a nos oferecer.

Existem também dois grandes
problemas em usar luz visível.

Não só estamos perdendo
todos os outros processos

que estão emitindo outros tipos de luz,

mas há duas questões.

Bem, a primeira é aquela poeira
que mencionei anteriormente.

Ela impede que a luz
visível chegue até nós.

Logo, quanto mais profundamente
olhamos o universo, vemos menos luz.

A poeira a detém.

Mas há um problema realmente
estranho em usar luz visível

a fim de tentar explorar o universo.

Agora, faça uma pausa por um minuto.

Digamos que você esteja na esquina
de uma rua movimentada.

Há carros circulando.

Uma ambulância se aproxima.

Ela possui uma sirene aguda.

(Imita som de uma sirene passando)

A sirene pareceu mudar de tom
enquanto passava e se afastava de você.

O motorista não mudou a sirene
para brincar com você.

Isso foi um produto da sua percepção.

As ondas sonoras, quando
a ambulância se aproximava,

foram comprimidas,
e tornaram-se mais agudas.

Com a ambulância recuando,
as ondas sonoras foram esticadas

e soaram mais graves.

O mesmo acontece com a luz.

Objetos movendo-se na nossa direção

têm suas ondas de luz comprimidas
e parecem mais azuis.

Objetos movendo-se para longe de nós

têm suas ondas esticadas,
e parecem mais vermelhos.

Chamamos esses efeitos
de desvio para o azul ou vermelho.

Bem, nosso universo está se expandindo,

então tudo está se afastando de tudo,

significando que tudo parece ser vermelho.

E por incrível que pareça, quando olhamos
mais profundamente no universo,

objetos distantes estão se afastando
ainda mais e mais rapidamente,

então eles aparecem mais vermelhos.

Assim, se voltássemos para
o Campo Profundo do Hubble

e se fôssemos continuar a observar
minuciosamente o universo

apenas usando o Hubble,

à medida em que chegamos
a uma certa distância,

tudo se torna vermelho

e isso constitui um problema.

Chegamos tão longe, por fim,

que tudo é deslocado para o infravermelho

e não podemos ver nada.

Deve haver um modo de contornar isso,
senão, fico limitada em minha jornada.

Eu queria explorar o universo inteiro,

não apenas o que posso ver,
antes do desvio para o vermelho aparecer.

Existe uma técnica.

É chamada radioastronomia.

Os astrônomos a vêm usando há décadas.

É uma técnica fantástica.

Este é o Radiotelescópio Parkes,
carinhosamente chamado de "A Antena";

talvez tenham visto o filme.

E rádio é realmente brilhante.

Permite-nos olhar
muito mais profundamente.

Não é retido por poeira,

de tal forma que é possível
ver tudo no universo

e não se tem o desvio para o vermelho,

pois podemos construir receptores
que recebem em uma ampla faixa.

Então, o que o Parkes vê quando
o voltamos para o centro da Via Láctea?

Deveríamos ver algo fantástico, certo?

Bem, de fato vemos algo interessante.

Toda aquela poeira se foi.

Como mencionei, rádio passa
direto pela poeira, não é um problema.

Mas a visão é muito diferente.

Podemos ver que o centro
da Via Láctea é iluminado

e isso não é luz das estrelas.

Essa é uma luz chamada radiação síncrotron

e é formada por elétrons espiralando
em torno de campos magnéticos cósmicos.

Então, o plano é iluminado com essa luz.

E também podemos ver
estranhos tufos saindo dela

e objetos que não parecem se alinhar
com nada que podemos ver com nossos olhos.

Mas é difícil interpretar essa imagem,

porque, como pode ver,
possui baixa resolução.

Ondas de rádio têm
comprimento de onda longo

e isto faz sua resolução mais baixa.

Essa imagem também está em preto e branco,

então realmente não sabemos
qual é a cor de tudo aqui.

Bem, voltando para o agora,

podemos construir telescópios
que podem superar esses problemas.

Esta é uma imagem do Observatório
Radioastronômico de Murchison,

um lugar perfeito
para construir radiotelescópios.

É plano, seco

e mais importante, não há sinais de rádio.

Sem celulares, sem Wi-Fi, nada.

Sem sinal algum de rádio,

logo, um lugar perfeito
para construir um radiotelescópio.

O telescópio que tenho trabalhado
por alguns anos chama-se

Murchison Widefield Array (MWA)

e vou mostrar um vídeo
dele sendo construído.

Esse é um grupo de graduandos
e pós-graduandos localizado em Perth.

São chamados de Exército Estudantil

e eles se voluntariaram
para construir o telescópio.

Não há crédito-aula para isso.

E eles estão colocando
esses dipolos para rádio.

Eles apenas recebem baixas frequências,
um pouco como o rádio e a televisão.

Aqui estamos posicionando-os pelo deserto.

O último telescópio cobre
dez quilômetros quadrados

do deserto australiano ocidental.

E o interessante é
que não há partes móveis.

Apenas posicionamos essas pequenas antenas
essencialmente em telas de arame.

É muito barato.

Os cabos capturam os sinais das antenas

e os trazem para unidades
centrais de processamento.

E é pelo tamanho do telescópio,

e o fato de ter sido construído
em todo o deserto,

que ele nos dá uma melhor
resolução do que o Parkes.

Por fim, todos esses cabos
são trazidos para uma unidade

que envia os dados
para um supercomputador aqui em Perth

e é aí que eu entro.

(Suspiro)

Dados de rádio.

Passei os últimos cinco anos

trabalhando com dados
bem difíceis e interessantes

que ninguém havia visto anteriormente.

Passei um longo tempo calibrando-os,

executando milhões de horas
em supercomputadores

e realmente tentando entender esses dados.

E com esse telescópio, esses dados,

temos realizado uma pesquisa
de todo o céu do Sul,

o Rastreio Galáctico e Extragaláctico
de todo o céu pelo MWA

ou GLEAM, como eu o chamo.

E estou muito empolgada.

Essa pesquisa está prestes a ser
publicada, mas ainda nada foi mostrado,

então vocês serão os primeiros

a ver essa pesquisa de todo o céu do Sul.

Estou encantada de compartilhar
algumas imagens dessa pesquisa.

Imagine que você foi a Murchison,
acampou debaixo das estrelas

e olhou para o Sul.

Você viu o polo celeste do Sul,
o amanhecer da galáxia.

Se mudarmos para a luz de rádio,

isso é o que observamos
com nossa pesquisa.

O plano galáctico não está
mais obstruído com poeira.

Está radiante com a radiação síncrotron
e milhares de pontos estão no céu.

Nossa Grande Nuvem de Magalhães,
nossa vizinha galáctica mais próxima,

está laranja em vez de seu
familiar branco azulado.

Então, há muito acontecendo nisso;
vamos olhar mais de perto.

Se olharmos em direção
ao centro galáctico,

onde nós, originalmente, vimos
as imagens de Parkes que mostrei,

baixa resolução, preto e branco,

e mudarmos para a visão GLEAM,

podemos ver que a resolução
melhorou por um fator de 100.

Temos agora uma visão colorida do céu,

uma visão multicolorida.

Veja, isso não são cores falsas.

Estas são cores reais de rádio.

Colori as baixas frequências em vermelho,
e as altas frequências em azul

e frequências medianas em verde.

E isso nos dá essa visão do arco-íris.

E isso não é apenas cor falsa.

As cores nessa imagem nos mostram
processos físicos acontecendo no universo.

Por exemplo, se olharmos
ao longo do plano da galáxia,

está radiante com síncrotron,

que é principalmente laranja avermelhado,

mas se olharmos atentamente,
vemos pontos azuis.

Agora, se dermos um zoom,

esses pontos azuis são plasma ionizado
ao redor de estrelas muito brilhantes,

e eles bloqueiam a luz vermelha,
então eles aparecem azuis.

E isso nos diz sobre essas regiões
formadoras de estrelas em nossa galáxia.

E nós os vemos imediatamente.

Olhamos para a galáxia e a cor
nos diz que eles estão lá.

Vemos pequenas bolhas de sabão,

pequenas imagens circulares
em torno do plano galáctico

e esses são restos de supernovas.

Quando uma estrela explode,

sua camada externa é arremessada

e viaja para fora do espaço
recolhendo material,

produzindo uma pequena camada.

Tem sido um mistério
de longa data para os astrônomos

a localização dos restos de supernovas.

Sabemos que devem existir muitos
elétrons de alta energia no plano

para produzir a radiação
de síncrotron que vemos

e cremos que sejam produzidos
por restos de supernovas,

mas não parece ser o suficiente.

Felizmente, o GLEAM é muito bom
em detectar os restos de supernovas,

e esperamos ter um novo
artigo sobre isso logo.

Exploramos nosso pequeno universo local,

porém eu queria ir
mais a fundo e mais longe.

Queria ir além da Via Láctea.

Bem, por acaso, há um objeto
muito interessante no canto direito

e isso é uma radiogaláxia local,

a Centauro A.

Se dermos um zoom,

podemos ver que há duas
plumas saindo para o espaço.

E se você olhar bem no centro,
entre essas duas plumas,

verá uma galáxia parecida com a nossa.

É uma espiral e possui um faixa de poeira.

É uma galáxia normal.

Mas esses jatos são
apenas visíveis no rádio.

Se olhássemos no visível,
nem saberíamos que estão lá

e são milhares de vezes maiores
do que a galáxia hospedeira.

O que está acontecendo
e produzindo esses jatos?

No centro de cada galáxia que conhecemos

está um buraco negro supermassivo.

Buracos negros são invisíveis,
por isso são chamados assim.

Tudo que podemos ver
é o desvio da luz em torno deles

e às vezes, quando uma estrela
ou uma nuvem de gás entra em sua órbita,

são destruídas por forças de marés,

formando o que chamamos
de disco de acreção.

Esse disco brilha intensamente nos raios-x

e enormes campos magnéticos
podem lançar o material no espaço

próximo à velocidade da luz.

Esses jatos são visíveis no rádio

e isso é o que descobrimos
com nossa pesquisa.

Bem, então vimos uma radiogaláxia.

Isso é bom.

Mas se olharmos no topo da imagem,
veremos outra radiogaláxia.

É um pouco menor porque está mais longe.

Certo: duas radiogaláxias.

Podemos vê-las e isso é bom.

Bem, e todos os outros pontos?

Supõe-se que sejam apenas estrelas.

Eles não são.

Todos são radiogaláxias.

Cada um dos pontos nesta imagem

é uma galáxia distante,

milhões a bilhões de anos-luz de distância

com um buraco negro supermassivo no centro

empurrando material para o espaço
próximo à velocidade da luz.

É impressionante.

E essa pesquisa é ainda maior
do que mostrei aqui.

Se olharmos para toda
a extensão da pesquisa,

veremos que encontrei
300 mil radiogaláxias.

Então, realmente é uma jornada épica.

Descobrimos todas essas galáxias

de volta aos primeiros
buracos negros supermassivos.

Estou muito orgulhosa e isso
será publicado semana que vem.

Bem, isso não é tudo.

Explorei os alcances mais distantes
da galáxia com essa pesquisa,

mas há algo a mais nesta imagem.

Agora, vou levá-lo de volta
à aurora dos tempos.

Quando o universo se formou,
houve um grande estrondo,

o qual deixou o universo
como um mar de hidrogênio neutro.

E quando as primeiras estrelas
e galáxias se acenderam,

elas ionizaram aquele hidrogênio.

Assim, o universo passou
de neutro a ionizado.

Isso marcou um sinal ao nosso redor.

Por toda parte, ela nos invade,

como a Força.

Como isso aconteceu há muito tempo,

o sinal foi desviado para o vermelho,

então agora aquele sinal
está em frequências muito baixas,

na mesma frequência que minha pesquisa,

mas está muito fraco.

É um bilionésimo do tamanho
de quaisquer objetos em minha pesquisa.

Assim, nosso telescópio pode não ser
sensível o bastante pra captar esse sinal.

No entanto, há um novo radiotelescópio.

Então, não posso ter uma nave estelar,

mas espero ter um dos maiores
radiotelescópios do mundo.

Estamos construindo um novo
telescópio, o Square Kilometer Array

e será mil vezes maior do que o MWA,

mil vezes mais sensível e terá
uma resolução ainda melhor.

Encontraremos dezenas
de milhões de galáxias.

E talvez, no fundo desse sinal,

vou conseguir olhar para as primeiras
estrelas e galáxias se acendendo,

o começo do próprio tempo.

Obrigada.

(Aplausos)