Dia Mundial da Astronomia: o que um telescópio europeu acaba de descobrir sobre o Universo escuro?

Em pleno Dia Mundial da Astronomia, dia 8 de Abril, a comunidade astronômica tem muito a celebrar. Uma missão espacial projetada para criar um mapa tridimensional do Universo acaba de liberar seu primeiro tesouro de dados. E eles são de tirar o fôlego: galáxias de todas as formas e tamanhos parecem estar nadando em um oceano cósmico escuro, salpicado de estranhos círculos de luz estelar e buracos negros supermassivos em erupção.

A equipe por trás do Euclid, o telescópio da Agência Espacial Europeia em questão, tem um objetivo ambicioso: compreender as forças ocultas que unem e separam o Universo. Para isso, o Euclid vai espionar bilhões de galáxias nos próximos seis anos – e os cientistas usarão essas observações para discernir a natureza amorfa do tecido da realidade.

Com apenas sete dias de observações a partir de 2024, o Euclid já encontrou um número impressionante de 26 milhões de galáxias, além de centenas de outras características astronômicas bizarras. “É absolutamente hipnotizante”, diz Carole Mundell, astrofísica e diretora de ciências da Agência Espacial Europeia. 

Essa é a primeira grande revelação de dados do Euclid. Os cientistas, que estão apenas começando a examinar as imagens obtidas, estão maravilhados. “A primeira reação humana é como elas são bonitas. Elas nos levam em uma viagem ao cosmos profundo”, comenta Mundell. “Mas o que criou isso foi uma engenharia requintada.”

Veja como a tecnologia elegante do telescópio espacial - com alguma ajuda da inteligência artificial - está permitindo que os cientistas iluminem o universo escuro. 

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Que mistérios os dados de Euclides poderiam resolver?

Duas das maiores questões da astrofísica estão relacionadas à natureza da matéria escura e da energia escura, que constituem 95% do Universo: o que são elas, exatamente, e por que afetam o cosmos da maneira como o fazem? 

A primeira refere-se a uma forma de matéria ainda não detectável que mantém as galáxias e suas estrelas mais unidas do que a gravidade sozinha pode explicar. A segunda é uma força invisível que está acelerando a expansão do Universo, embora medições recentes do cosmos sugiram que a energia escura pode estar enfraquecendo com o tempo.

Os cientistas não podem (atualmente) detectar diretamente a matéria escura ou a energia escura, portanto, estão fazendo o que há de melhor: mapear a forma do cosmos estudando as formas, o movimento e as posições de muitas de suas galáxias.

Esse é o grande objetivo do Euclid, um telescópio espacial europeu batizado, apropriadamente, em homenagem a um matemático grego apelidado de “pai da geometria”. Lançado em 2023, ele fica em uma parte gravitacionalmente estável do Espaço, a mais de 1,6 milhões de quilômetros de distância da Terra. 

Enquanto estiver lá, ele estudará 1/3 de todo o céu, ao mesmo tempo em que fará zoom repetidamente em três áreas específicas conhecidas como Campos Profundos de Euclides e, como resultado, encontrará bilhões de galáxias.

“Cada galáxia é linda”, diz Adam Amara, astrofísico e cientista-chefe da Agência Espacial do Reino Unido. “Mas não projetamos o [Euclid] para produzir imagens bonitas. Nós o projetamos para fazer ciência concreta.”

O ideal é que os telescópios tenham campos de visão amplos (para que possam ver grandes áreas do céu), visão de alta resolução (para que detalhes finos apareçam nas fotografias) e alta sensibilidade, para que até mesmo a luz das estrelas mais fracas e distantes possa ser detectada. “Normalmente, podemos escolher duas dessas três opções. E, pela primeira vez, o Euclid está nos oferecendo todos os três”, afirma Mundell. “Acho que esse é o verdadeiro poder do telescópio.”

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Um kit de ferramentas para o universo sombrio 

A capacidade do Euclid de caçar galáxias se resume a apenas três ferramentas. A primeira é o telescópio de um metro e meio de comprimento, cujo espelho capta a luz de estrelas distantes antes que um filtro em forma de prisma a divida em luz visível e infravermelha, que é passada para dois dispositivos especializados.

Um deles é o instrumento VISible, efetivamente uma câmera muito sensível com uma resolução de 600 megapixels — 50 vezes melhor do que muitos celulares atuais. Graças a um campo de visão muito amplo e à capacidade de fazer exposições extremamente longas do espaço profundo, ele pode detectar bilhões de galáxias a distâncias notáveis, revelando claramente suas formas e idiossincrasias.

“O Euclid já obteve imagens de um céu várias vezes maior do que o do Hubble em 25 anos”, explica Mike Walmsley, pesquisador de aprendizado de máquina com foco em astronomia e cientista do Euclid Consortium, baseado na Universidade de Toronto, no Canadá.

O segundo dispositivo é o Espectrômetro e Fotômetro de Infravermelho Próximo, outra câmera ultrassensível que captura luz infravermelha e pode, entre outras coisas, medir a distância entre as galáxias e a Terra. E quando sobrepostas às imagens de luz visual do Euclid, os cientistas esperam gerar um mapa tridimensional do Universo à medida que obtêm mais dados.

“É realmente a combinação desses dois instrumentos que nos permite testar a energia escura”, diz Valeria Pettorino, física e cientista do projeto Euclid da Agência Espacial Europeia.

O Universo tem 13,8 bilhões de anos. A magia técnica do Euclid permite que ele veja galáxias que se formaram há 10,5 bilhões de anos. Isso significa que “o Euclid não é apenas um detetive do universo escuro”, comenta Mundell. “Ele também é uma máquina do tempo.”

Que tipos de galáxias Euclides encontrou? 

Entre os milhões de galáxias que o Euclid documentou, há um conjunto de quasares distantes, galáxias cujos núcleos de buracos negros supermassivos são incrivelmente brilhantes. “As imagens do Euclid são tão nítidas — cerca de cinco vezes mais nítidas do que as obtidas do solo — que temos uma visão totalmente nova das galáxias”, diz Walmsley.

Outros fenômenos nos dados do Euclid que deixam os cosmólogos obcecados são as lentes gravitacionais. Às vezes, quando algo maciço – digamos, uma galáxia com muita matéria escura – fica na frente de outra galáxia mais distante, a luz dessa galáxia distante é distorcida em torno da galáxia em primeiro plano, como se fosse focalizada por uma lente. 

Esse processo é conhecido como lente gravitacional e pode revelar galáxias distantes que, de outra forma, seriam invisíveis até mesmo para telescópios como o Euclid. Em casos raros, a luz antiga que se distorce ao redor das galáxias em primeiro plano pode formar características distintas de luz conhecidas como lentes fortes. 

Antes de Euclid, e após décadas de observações modernas do céu noturno, cerca de mil lentes fortes haviam sido identificadas pelos astrônomos. “Em poucos dias, o Euclid aparece e encontra 500, sem mais nem menos”, afirma Amara. “Isso é alucinante.

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A imagem de Euclid de uma galáxia chamada NGC 6505 captura um exemplo de uma lente forte chamada anel de Einstein, em que a luz forma um círculo ao redor do objeto distante. Essas lentes poderosas são consideradas ótimas maneiras de entender a matéria escura, pois a contorção da luz pode indicar a quantidade de matéria escura ainda imperceptível que está presente na galáxia em primeiro plano.

A Amara espera encontrar centenas de milhares de lentes fortes nos próximos seis anos, além de muitos exemplos de lentes gravitacionais fracas.

Usando IA para navegar em um oceano de galáxias

O grande número de objetos astrofísicos resplandecentes deixou a equipe do Euclid impressionada. “Depois que superamos a sensação de admiração e magia e o espanto de tirar o fôlego, começamos a pensar: um astrofísico não pode interrogar milhões e milhões de galáxias”, comenta Mundell. “E é aí que entra a IA.”

Os programas de inteligência artificial são muito bons em reconhecer padrões. Um desses programas, chamado ZooBot, foi implantado para ajudar os cientistas da Euclid a classificar galáxias. Recentemente, cerca de 10 mil voluntários humanos foram apresentados a imagens de galáxias e solicitados a filtrá-las em caixas com base em suas formas e características. O ZooBot foi então treinado com esses dados e, em seguida, liberado para a semana de observações de Euclides.

“Levaria cerca de 150 anos para examinar todas as galáxias razoavelmente nítidas“ no novo conjunto de imagens do Euclid”, diz Walmsley. Mas na velocidade da luz, o ZooBot categorizou mais de 380 mil galáxias com base em suas formas, tamanhos e características.

Há muito mais por vir, e a Euclid já está entregando. “Estamos recebendo mais de 100 gigabytes de dados por dia”, afirma Pettorino. “No final de 2026, teremos que liberar um ano de observações, totalizando mais de dois petabytes, o que equivale a 31 anos assistindo TV com o melhor streaming de vídeo.”

O autor Douglas Adams escreveu certa vez: “O Espaço é grande. Você não vai acreditar como ele é enorme, imensamente, alucinantemente grande”. E isso continua sendo verdade. Mas Euclid está transformando esse vazio expansivo em uma tela tecnicolor repleta de galáxias.

“Há apenas uma quantidade finita de céu”, diz Amara. “E nós estamos começando a preencher todo ele.”