Telescópio registra fenômeno raro de anel de Einstein; veja imagens

Sua descoberta está ligada a alguns dos primeiros dados do telescópio Euclid, que foi lançado em julho de 2023 para estudar o Universo Escuro — as partes do cosmos que os cientistas não podem ver diretamente — e passou os primeiros meses calibrando e testando seus instrumentos.

Quando as imagens de teste foram enviadas de volta à Terra, o cientista do Arquivo Euclid, Bruno Altieri, avistou o que parecia ser um anel de Einstein. Os anéis de Einstein ocorrem quando a luz de uma galáxia distante se curva para formar um círculo brilhante ao redor de outro objeto em primeiro plano enquanto esse objeto está sendo observado.

Essas formações raramente observadas receberam o nome do matemático e físico Albert Einstein. Sua teoria geral da relatividade previu que a luz poderia se curvar e brilhar ao redor de objetos em todo o cosmos.

O Euclid inicialmente capturou uma imagem de uma galáxia bem observada chamada NGC 6505, que está localizada a cerca de 590 milhões de anos-luz da Terra, em 2023.

Um ano-luz é a distância que a luz viaja em um ano, que é de 9,46 trilhões de quilômetros. Mas pela primeira vez, um anel de luz foi revelado ao redor da galáxia usando os instrumentos altamente sensíveis do Euclid. O próprio anel é feito de luz distorcida de uma galáxia distante, localizada a 4,42 bilhões de anos-luz de distância. A galáxia, que nunca foi observada antes, ainda não tem nome.

“Eu analiso os dados do Euclid conforme eles chegam”, disse Altieri em um comunicado. “Mesmo desde aquela primeira observação, eu pude ver isso, mas depois que o telescópio fez mais observações da área, pudemos ver um anel de Einstein perfeito.”

Agora, pesquisadores fizeram um estudo aprofundado das imagens do Euclid mostrando detalhes do anel de Einstein, publicado segunda-feira na revista Astronomy & Astrophysics. Compreender mais sobre o fenômeno poderia ajudar os cientistas a investigar alguns dos mistérios duradouros do Universo, como a energia escura — a força enigmática que faz o Universo se expandir mais rapidamente ao longo do tempo.

“Acho muito intrigante que este anel tenha sido observado dentro de uma galáxia bem conhecida, que foi descoberta pela primeira vez em 1884”, disse a coautora do estudo Valeria Pettorino, cientista do projeto ESA Euclid, em um comunicado.

“A galáxia é conhecida pelos astrônomos há muito tempo. E ainda assim este anel nunca foi observado antes. Isso demonstra o quão poderoso é o Euclid, encontrando coisas novas mesmo em lugares que pensávamos conhecer bem. Esta descoberta é muito encorajadora para o futuro da missão Euclid e demonstra suas fantásticas capacidades.”

Descodificando um raro anel de Einstein

O astrônomo americano Lewis Swift primeiro observou a galáxia NGC 6505 em 1884, e ela se assemelhava a uma mancha amarelada brilhante, com o detalhe do anel obscurecido pela atmosfera, disse o autor principal do estudo Conor O”Riordan, um estudioso de pós-doutorado no Instituto Max Planck de Astrofísica na Alemanha.

“Ao observar do espaço com o Euclid, onde não há atmosfera para desfocar as coisas”, disse O”Riordan em um e-mail, “somos capazes de observar em grande detalhe e revelar coisas como esta que estavam escondidas à vista de todos.”

Os anéis de Einstein são exemplos de lente gravitacional forte, disse o pesquisador, um fenômeno que age como uma lupa no Universo, revelando objetos celestes e luz de galáxias distantes que de outra forma permaneceriam invisíveis.

“Quando a luz de uma galáxia distante viaja pelo espaço em direção à Terra, ela normalmente viaja em linha reta”, disse ele. “Mas se um objeto massivo como outra galáxia estiver no caminho, a imensa gravidade dela pode realmente dobrar o caminho da luz. Esta galáxia em primeiro plano age como uma ‘lente’, focalizando a luz de fundo em uma imagem distorcida, mas altamente magnificada em forma de anel da galáxia que está atrás.”

Para formar um anel de Einstein, vários fatores precisam se unir: uma galáxia massiva em primeiro plano precisa estar perfeitamente alinhada com a de fundo da perspectiva do telescópio.

É tão raro que menos de 1% das galáxias têm um anel de Einstein, disse O”Riordan. Existem entre 100 e 1.000 objetos semelhantes ao anel de Einstein conhecidos, mas apenas algumas dezenas deles foram observados com o nível de detalhamento fornecido pelo telescópio Euclid, segundo especialistas.

Embora uma distância de 590 milhões de anos-luz pareça incrivelmente longe da Terra, é próxima em termos astronômicos, disseram os autores do estudo, o que torna este um dos poucos anéis de Einstein próximos ao nosso planeta.

“A galáxia de fundo nesta lente está quase perfeitamente alinhada com a do primeiro plano, o que é realmente muito raro”, disse O”Riordan. “Isso forma o espetacular anel completo que você pode ver na imagem. Este raro alinhamento cria uma imagem incrível e nos lembra o quão belo o Universo pode ser.”

Este anel de Einstein em particular ajudará os astrônomos a essencialmente observar dentro da galáxia distante e desconhecida, permitindo medir sua massa e composição, quantas estrelas ela produziu e como evoluiu ao longo do tempo, explicou ele.

Ampliando o Universo

Os astrônomos estão particularmente interessados em estudar os anéis de Einstein porque eles podem ser usados para investigar tanto a energia escura quanto a matéria escura. Embora a matéria escura nunca tenha sido detectada, acredita-se que ela constitua 85% da matéria total do Universo.

“Esta matéria escura não interage com a luz, mas tem um efeito gravitacional”, explicou O”Riordan. “A lente gravitacional, portanto, é sensível à presença desta matéria escura, permitindo que a detectemos indiretamente. Por exemplo, o tamanho do anel de Einstein depende da quantidade de massa na galáxia. Quando estimamos a massa com base em quantas estrelas vemos (quão brilhante o sistema é), deveríamos ver anéis de Einstein muito, muito menores em tamanho. É apenas quando consideramos a matéria escura ausente que podemos prever o tamanho do anel que realmente observamos.”

Lentes gravitacionais como o anel de Einstein recém-detectado podem ajudar a esclarecer o que está acontecendo nas regiões internas das galáxias, disse Justin Spilker, professor assistente no departamento de física e astronomia da Universidade Texas A&M. Spilker não participou do novo estudo, mas anteriormente observou um anel de Einstein usando o Telescópio Espacial James Webb, descrito em um estudo de junho de 2023 que ele coautorou com uma equipe internacional de cientistas.

“O tamanho do anel de Einstein depende apenas da quantidade total de massa próxima ao centro da galáxia”, disse Spilker por e-mail. “Não importa se essa massa é composta de matéria escura, estrelas ou gatos — apenas o total importa! Neste caso, os pesquisadores descobriram que cerca de 90% da massa são estrelas e cerca de 10% matéria escura (sem menção à fração em gatos), o que é bastante típico para as regiões internas das galáxias.”

O Euclid está em uma missão de seis anos para observar bilhões de galáxias em mais de um terço do céu. O telescópio de 1,2 metro de diâmetro tem como objetivo principal observar a matéria escura e a energia escura e criar o maior e mais preciso mapa tridimensional do Universo. E, ao longo do caminho, o telescópio provavelmente aumentará o número conhecido de anéis de Einstein em ordens de magnitude, disse O”Riordan.

“O Euclid vai revolucionar o campo, com todos esses dados que nunca tivemos antes”, disse O”Riordan. “Teremos mais anéis de Einstein do que poderíamos possivelmente trabalhar, e isso trará seus próprios novos desafios.”

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