O telescópio espacial Nancy Grace Roman da NASA e o satélite Euclid estão programados para realizar uma colaboração de pesquisa com o objetivo de investigar a expansão acelerada do universo. Utilizando abordagens metodológicas distintas, essas missões conjuntas almejam esclarecer os fenômenos associados à energia escura, à aceleração cósmica e aos padrões de expansão do universo.
Foi lançado em julho um novo telescópio espacial denominado “Euclid”, uma missão conjunta da Agência Espacial Europeia (ESA) com significativas colaborações da NASA, com o propósito de investigar a razão subjacente à aceleração da expansão do universo.
Os cientistas atribuem a causa desta aceleração cósmica, ainda desconhecida, à entidade denominada “energia escura”. Em maio de 2027, o Telescópio Espacial Nancy Grace Roman, também pertencente à NASA, se unirá à missão do Euclid, contribuindo para a exploração desse enigma de maneiras até então inexploradas.
“Vinte e cinco anos após sua descoberta, a expansão acelerada do universo continua sendo um dos mistérios mais urgentes da astrofísica”, disse Jason Rhodes, cientista sênior de pesquisa do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, no sul da Califórnia. Rhodes é cientista adjunto do projeto Roman e líder científico do Euclid nos EUA.
“Com esses próximos telescópios, mediremos a energia escura de maneiras diferentes e com muito mais precisão do que era possível anteriormente, abrindo uma nova era de exploração desse mistério.”
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Buscando as raízes da expansão
A comunidade científica enfrenta incertezas quanto à origem da expansão acelerada do universo, estando dividida entre a possibilidade da existência de um componente energético adicional ou a necessidade de revisão da teoria gravitacional vigente.
Com o intuito de abordar essas duas vertentes teóricas simultaneamente, astrônomos planejam utilizar os recursos da missão Roman e Euclid. Nesse contexto, espera-se que ambas as missões propiciem insights fundamentais sobre a mecânica subjacente ao funcionamento do universo.
Os satélites espaciais Euclid e Roman foram concebidos com o propósito de investigar a aceleração cósmica, embora empreguem abordagens distintas e complementares para tal empreendimento. Estas duas missões têm como objetivo primordial a cartografia tridimensional do universo, com o intuito de prover respostas a indagações fundamentais relacionadas à história e à estrutura do cosmos.
É relevante destacar que, quando trabalham de forma conjunta, essas missões ostentam uma capacidade agregada consideravelmente superior àquela que cada uma delas poderia alcançar de forma individual.
A missão Euclid tem como âmbito de observação uma vasta porção do firmamento, abrangendo aproximadamente 15.000 graus quadrados, o que corresponde a cerca de um terço da esfera celeste. Sua observação recai sobre comprimentos de onda situados no espectro infravermelho e óptico, ainda que com uma resolução inferior em comparação à missão Roman.
A trajetória temporal que a missão Euclid investigará remonta a 10 bilhões de anos atrás, alcançando uma época em que o universo apresentava cerca de 3 bilhões de anos de existência.
Por sua vez, a missão Roman prioriza a pesquisa em núcleos galácticos com maior profundidade e precisão, porém restringe seu campo de observação a uma área consideravelmente menor, aproximadamente 2.000 graus quadrados, o que corresponde a um vigésimo da esfera celeste.
A visão infravermelha da missão Roman desvela o cosmos tal como ele era há 2 bilhões de anos, proporcionando a detecção de um número mais expressivo de galáxias de menor luminosidade.
Importa observar que, além de sua dedicação à cosmologia, a missão Roman também empreenderá investigações sobre galáxias próximas, exploração e pesquisa de planetas dentro de nossa galáxia, exame de objetos situados nas proximidades de nosso sistema solar, bem como uma diversidade de outras iniciativas científicas.
A caça à energia escura
Desde o seu surgimento, o universo tem experimentado um processo de expansão contínua, uma revelação pioneiramente feita pelo astrônomo belga Georges Lemaître em 1927 e posteriormente corroborada por Edwin Hubble em 1929.
Inicialmente, a expectativa entre os cientistas residia na gradual desaceleração dessa expansão, devido à influência gravitacional da matéria presente no universo.
No entanto, na década de 1990, por meio da observação de um tipo específico de supernova, os cientistas se depararam com uma descoberta surpreendente: aproximadamente 6 bilhões de anos atrás, a energia escura começou a intensificar sua influência sobre o cosmos, sendo que os mecanismos e as razões subjacentes a esse fenômeno ainda permanecem enigmáticos.
A aceleração em curso da expansão cósmica implica que nossa compreensão do universo carece de um elemento fundamental.
As missões Roman e Euclid se posicionam como importantes fontes de dados, providenciando informações substanciais e complementares para preencher as lacunas presentes em nosso conhecimento. Elas se empenharão em esclarecer as causas subjacentes à aceleração cósmica por meio de abordagens divergentes.
Primeiramente, tanto a missão Roman quanto a missão Euclid investigarão a acumulação de matéria empregando uma técnica conhecida como lente gravitacional fraca. Esse fenômeno decorre da capacidade de qualquer corpo dotado de massa de deformar a estrutura do espaço-tempo, sendo que a magnitude dessa deformação está diretamente relacionada à massa do objeto em questão.
Em decorrência dessa distorção do espaço-tempo, as imagens provenientes de fontes distantes que passam por essa região deformada se apresentam igualmente distorcidas.
Quando esses “lentes” gravitacionais estão relacionados a galáxias massivas ou aglomerados de galáxias próximos, as fontes de fundo podem exibir deformações perceptíveis ou mesmo dar origem a múltiplas imagens distintas.
A massa menos densamente concentrada, como é o caso dos aglomerados de matéria escura, pode induzir efeitos mais sutis. As missões Roman e Euclid têm como propósito a investigação dessas distorções de menor magnitude, visando a criação de mapas tridimensionais independentes da matéria escura.
Esses mapas oferecerão informações valiosas relacionadas à aceleração cósmica, uma vez que a atração gravitacional exercida pela matéria escura, desempenhando o papel de uma espécie de coesão cósmica responsável por manter galáxias e aglomerados de galáxias unidos, contrapõe-se à expansão do universo.
A compreensão da distribuição temporal da matéria escura ao longo da trajetória cósmica auxiliará os cientistas na elucidação dos mecanismos subjacentes à aceleração cósmica.
Ambas as missões também se dedicarão ao estudo do agrupamento de galáxias em diferentes eras cósmicas. Com base em medições efetuadas no universo próximo, os cientistas detectaram um padrão na disposição das galáxias.
Para uma galáxia dada, a probabilidade de encontrar outra galáxia situada a aproximadamente 500 milhões de anos-luz é o dobro em relação a uma galáxia um pouco mais próxima ou mais distante.
Essa distância relativa aumenta com o tempo devido à expansão do espaço. Ao investigar regiões mais remotas do universo, correspondentes a épocas cósmicas anteriores, os astrônomos podem explorar as distâncias preferenciais entre as galáxias em distintos momentos. A observação das mudanças nesses padrões revelará a história da expansão do universo.
Além disso, o estudo da variação no agrupamento de galáxias ao longo do tempo proporcionará um meio preciso de teste das teorias da gravidade modificada, diferenciando-as de um componente energético desconhecido como explicação para o fenômeno da aceleração cósmica.
A missão Roman também conduzirá investigações adicionais voltadas para a detecção de supernovas distantes do tipo Ia, que são estrelas especiais que entram em colapso explosivo, atingindo um pico de brilho intrínseco semelhante. Isso possibilita aos astrônomos determinar a distância das supernovas por meio da simples medida de seu brilho observado.
Os astrônomos empregarão a missão Roman para a análise da radiação emitida por supernovas, com o intuito de determinar sua taxa aparente de afastamento em relação à Terra. Através da comparação das velocidades de afastamento observadas em supernovas situadas em distintas distâncias, os cientistas estabelecerão um rastreamento da expansão cósmica ao longo do tempo.
Esse enfoque proporcionará uma compreensão mais profunda acerca da evolução da energia escura ao longo da história do universo, permitindo-nos elucidar se houve variações em sua influência e de que maneira essas variações ocorreram.
Uma dupla poderosa
Os levantamentos conduzidos por ambas as missões apresentarão uma área de sobreposição, com o Euclid provavelmente observando a totalidade da região que será escaneada pela missão Roman.
Esse cenário implica que os cientistas terão a oportunidade de empregar os dados altamente sensíveis e precisos obtidos pela missão Roman para efetuar correções nos dados provenientes da missão Euclid, possibilitando, assim, a extensão dessas correções para a vasta área abrangida pela missão Euclid.
“O primeiro olhar do Euclid sobre a ampla região do céu que será pesquisada informará a ciência, a análise e a abordagem de pesquisa para o mergulho mais profundo do Roman”, disse Mike Seiffert, cientista de projeto da contribuição da NASA para o Euclid no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA.
“Juntos, o Euclid e o Roman serão muito mais do que a soma de suas partes”, disse Yun Wang, cientista sênior de pesquisa do Caltech/IPAC em Pasadena, Califórnia, que liderou grupos científicos de agrupamento de galáxias para o Euclid e o Roman. “A combinação de suas observações dará aos astrônomos uma noção melhor do que realmente está acontecendo no universo.”
Três grupos de pesquisa respaldados pela NASA estão contribuindo para a missão Euclid. O Jet Propulsion Laboratory (JPL), em coordenação com o Caltech, está desempenhando um papel crucial no desenvolvimento e fabricação do chip eletrônico do sensor do instrumento NISP (Near Infrared Spectrometer and Photometer) da missão Euclid. O JPL também liderou o processo de aquisição e entrega dos detectores NISP, que passaram por testes no Goddard Space Flight Center da NASA.
No que tange ao Telescópio Espacial Nancy Grace Roman, sua gestão está sob responsabilidade do Goddard Space Flight Center da NASA, localizado em Greenbelt, Maryland. O projeto conta com a participação ativa do Jet Propulsion Laboratory da NASA, do Caltech/IPAC no sul da Califórnia e do Space Telescope Science Institute em Baltimore.
Adicionalmente, uma equipe científica, composta por pesquisadores de diversas instituições acadêmicas, colabora na condução da missão. Os principais parceiros da indústria envolvidos são a Ball Aerospace and Technologies Corporation em Boulder, Colorado; a L3Harris Technologies em Melbourne, Flórida; e a Teledyne Scientific & Imaging em Thousand Oaks, Califórnia.
O Centro de Ciências Euclid da NASA, localizado no IPAC (ENSCI) no Caltech, tem como objetivo fornecer apoio para investigações baseadas nos Estados Unidos, utilizando dados coletados pela missão Euclid.
