Espiando uma galáxia espiral através de uma lente cósmica

Esta nova imagem do telescópio espacial James Webb apresenta um raro fenômeno cósmico chamado anel de Einstein.

© Webb (SMACSJ0028.2-7537)

O que à primeira vista parece ser uma única galáxia de formato estranho são, na verdade, duas galáxias separadas por uma grande distância. A galáxia mais próxima em primeiro plano fica no centro da imagem, enquanto a galáxia mais distante em segundo plano parece estar envolta pela galáxia mais próxima, formando um anel.

Os anéis de Einstein ocorrem quando a luz de um objeto muito distante é curvada em torno de um objeto intermediário massivo. Isso é possível porque o espaço-tempo, a própria estrutura do Universo, é curvado pela massa e, portanto, a luz que viaja através do espaço e do tempo também é curvada.

Esse efeito é sutil demais para ser observado em nível local, mas às vezes se torna claramente observável quando se lida com curvaturas da luz em escalas astronômicas enormes, como quando a luz de uma galáxia é curvada em torno de outra galáxia ou aglomerado de galáxias. Quando os objetos se alinham perfeitamente, o resultado é o formato característico do anel de Einstein, que aparece como um círculo completo ou um círculo parcial de luz ao redor do objeto lente, dependendo da precisão do alinhamento.

Objetos como esses são o laboratório ideal para pesquisar galáxias muito tênues e distantes para serem vistas de outra forma. A galáxia lente no centro deste anel de Einstein é uma galáxia elíptica, como pode ser visto a partir do núcleo brilhante e do corpo liso e sem características da galáxia. Esta galáxia pertence a um aglomerado de galáxias denominado SMACSJ0028.2-7537.

A galáxia que envolve a galáxia elíptica é uma galáxia espiral. Embora sua imagem tenha sido distorcida à medida que sua luz viajava ao redor da galáxia em seu caminho, aglomerados estelares individuais e estruturas gasosas são claramente visíveis. Os dados do Webb utilizados nesta imagem foram obtidos como parte do levantamento Strong Lensing and Cluster Evolution (SLICE), liderado por Guillaume Mahler, da Universidade de Liège, na Bélgica, e composto por uma equipe de astrônomos internacionais. Este levantamento visa rastrear 8 bilhões de anos de evolução de aglomerados de galáxias, observando 182 aglomerados de galáxias com o instrumento Near-InfraRed Camera do telescópio. Esta imagem também incorpora dados de dois instrumentos do telescópio espacial Hubble, a Wide Field Camera 3 e a Advanced Camera for Surveys.

Fonte: ESA

O telescópio espacial Euclid descobriu um “anel de Einstein”

Uma surpresa espetacular surgiu em uma varredura de rotina do cosmos: um "Anel de Einstein" quase perfeito, escondido à vista de todos ao redor de uma galáxia que os astrônomos conheciam há mais de um século.

© ESA / Euclid (NGC 6505)

A descoberta, feita pela missão Euclid da Agência Espacial Europeia (ESA), é uma prova tanto da serendipidade cósmica quanto do olhar aguçado do telescópio. Nas primeiras imagens de teste, notou-se algo incomum: uma galáxia distorcida e fora de foco. Algumas semanas depois, quando Euclid captou uma imagem mais clara e em foco da mesma região, a imagem mostrou um anel de Einstein quase perfeito, um raro fenômeno de lente gravitacional previsto pela primeira vez pela teoria geral da relatividade.

Lentes gravitacionais ocorrem quando a gravidade de um objeto massivo em primeiro plano, como uma galáxia, curva e amplia a luz de um objeto mais distante atrás dele. Esse efeito geralmente produz arcos ou distorções nas imagens, mas se o alinhamento entre as galáxias em primeiro plano e em segundo plano estiver correto, a luz da galáxia distante é curvada em um anel completo. O que torna essa descoberta em particular tão única é sua localização. A galáxia em primeiro plano, NGC 6505 na constelação de Draco, está relativamente próxima, a apenas 590 milhões de anos-luz da Terra. A maioria dos anéis de Einstein descobertos anteriormente ocorrem em torno de galáxias muito mais distantes, tornando-as mais difíceis de estudar em detalhes. A galáxia em segundo plano também está excepcionalmente próxima em comparação a outros objetos com lentes, embora sua luz ainda tenha levado 4,42 bilhões de anos para chegar à Terra.

Além disso, esta é a primeira vez que um Anel de Einstein foi encontrado centralizado ao redor do núcleo de uma galáxia da classe NGC, uma categoria de galáxias gerais catalogadas já no século XIX. O astrônomo americano Lewis A. Swift descobriu a NGC 6505 em 1884. Imagens de alta resolução são essenciais para detectar lentes gravitacionais e, surpreendentemente, nem o Hubble nem o telescópio espacial James Webb observaram esta galáxia em particular.

© ESA / Euclid (Anel de Einstein ao redor da galáxia NGC 6505)

O que podemos aprender com este anel? 

Os anéis de Einstein são ferramentas poderosas para entender o Universo. Eles ajudam a refinar as medições de distâncias cósmicas e taxas de expansão, porque os astrônomos podem usá-los para estudar como a luz da galáxia de fundo foi esticada e ampliada. Neste caso, a imagem nítida permite uma visão mais próxima da galáxia de fundo também.

Ao analisar como a luz da galáxia de fundo é curvada, os cientistas podem medir a massa de NGC 6505, incluindo seu conteúdo de matéria escura. De acordo com as descobertas iniciais, apenas cerca de 11% da massa dentro do anel é matéria escura. Em muitos Anéis de Einstein, a lente ocorre mais longe na galáxia, onde a matéria escura contribui mais significativamente, geralmente entre 25 a 50% da massa. Mas aqui, o anel está muito mais perto do centro da galáxia, onde a matéria normal domina.

O amplo campo de visão e a visão nítida de Euclid permitem que ele cubra vastas áreas do céu e detecte objetos raros perdidos por telescópios anteriores. Seu principal objetivo é mapear mais de um terço do céu, catalogando bilhões de galáxias até quando o Universo tinha apenas alguns bilhões de anos. A missão deve encontrar mais de 100.000 lentes gravitacionais fortes semelhantes a essa. Mas outra parte do objetivo da missão é estudar lentes gravitacionais fracas, nas quais a matéria escura distorce mais sutilmente as formas das galáxias. Ao catalogar lentes fracas em grandes faixas do céu, Euclid ajudará a mapear a estrutura do Universo e melhorar nossa compreensão da matéria escura e energia escura. 

O mapeamento da matéria escura revela como a gravidade molda as estruturas cósmicas e, ao comparar isso com a taxa de expansão do Universo, os cientistas podem entender melhor como a energia escura influencia essa expansão. Por enquanto, essa descoberta do Anel de Einstein serve como uma vitória inicial para a missão de Euclid, sugerindo as maravilhas ocultas que ainda não foram descobertas.

A descoberta foi publicada no periódico Astronomy & Astrophysics.

Fonte: Sky & Telescope