SPICE-RACS: o maior mapa de campos magnéticos cósmicos com o ASKAP

Campos magnéticos são um componente básico do Universo. Eles determinam como partículas minúsculas - os “tijolos” que formam planetas, estrelas e, no fim, galáxias - se deslocam pelo espaço.

Ainda não sabemos ao certo como os campos magnéticos passaram a existir no cosmos, mas sabemos que estão por toda parte. A própria Terra tem um campo magnético, ao qual bússolas e aves migratórias respondem.

Com radiotelescópios, astrónomos conseguem usar a luz que chega de galáxias muito distantes para revelar regiões do espaço que, de outra forma, seriam invisíveis.

No nosso estudo, publicado hoje em Publicações da Sociedade Astronômica da Austrália, recorremos ao radiotelescópio mais poderoso da Austrália para produzir o maior e mais detalhado mapa já feito de campos magnéticos cósmicos.

Baterias gigantes que comandam as galáxias

A intensidade dos campos magnéticos varia muito pelo Universo. Objetos extremamente densos, como estrelas de nêutrons e buracos negros, podem ter campos magnéticos milhares de bilhões de vezes mais fortes do que o da Terra.

Já no espaço entre as estrelas, também medimos campos magnéticos um milhão de vezes mais fracos do que o terrestre. Apesar de tão ténues, sabemos que esses campos são decisivos para controlar a evolução das galáxias. Eles funcionam como baterias gigantes, acumulando enormes quantidades de energia e desacelerando - ou até impedindo - a formação de novas estrelas.

Para nós, porém, campos magnéticos não podem ser vistos diretamente. Para detectá-los no espaço, os astrónomos ficam limitados a observar a luz de estrelas e galáxias distantes. Isso acontece porque a luz é uma onda composta por campos elétricos e magnéticos (daí o nome “espectro eletromagnético”).

À medida que atravessa o Universo, a luz interage com quaisquer campos magnéticos no seu caminho. Essa interação torce a direção em que a onda de luz oscila - fenómeno que chamamos de “polarização”. Assim, uma luz que oscila para cima e para baixo tem uma polarização diferente daquela que oscila de um lado para o outro.

Os astrónomos conseguem captar essa polarização, sobretudo ao observar o céu em ondas de rádio, que fazem parte do espectro eletromagnético.

Enxergar o que não aparece

Desde as primeiras deteções, telescópios australianos têm liderado tanto a radioastronomia quanto a identificação de campos magnéticos.

Murriyang, o radiotelescópio Parkes da CSIRO, foi o primeiro a registrar, em 1962, a polarização torcida causada por campos magnéticos para além da Terra.

Desde então, a busca tem sido ampliar cada vez mais o número de fontes que exibem esse “torcer” da luz. Quando reunimos medições suficientes, torna-se possível montar um mapa dos campos magnéticos no Universo.

Em um mapa desse tipo, cada ponto corresponde a um objeto detetado pelo nosso telescópio. A luz desse objeto “ilumina” os campos magnéticos existentes entre nós e a fonte distante. Quanto mais fontes são identificadas, maior é o nível de detalhe do mapa.

O último grande mapa de campos magnéticos foi produzido em 2009. Nos 17 anos seguintes, ele não teve um sucessor à altura, o que acabou restringindo a profundidade e o alcance das questões que os astrónomos tentaram investigar.

Em várias regiões do cosmos - incluindo a nossa própria galáxia, a Via Láctea - ainda não compreendemos por completo a intensidade e a estrutura dos campos magnéticos cósmicos.

Além de não sabermos como esses campos surgiram, também desconhecemos como eles mudaram ao longo do tempo desde o Big Bang.

Para começar a enfrentar esses desafios, precisamos de uma nova classe de radiotelescópios.

Um telescópio concebido para rapidez

A radioastronomia vive hoje uma revolução, impulsionada pela construção do Observatório do Square Kilometre Array (SKA) na África do Sul e na Austrália.

Como preparação, uma geração de instrumentos - conhecidos como precursores e pathfinders do SKA - já está em operação em diferentes países.

O radiotelescópio ASKAP é um desses precursores. Instalado em Inyarrimanha Ilgari Bundara, no Observatório de Radioastronomia de Murchison da CSIRO, em território Wajarri Yamaji, na Austrália Ocidental, ele é composto por 36 antenas parabólicas de 12 metros. Cada antena consegue observar, de uma só vez, uma grande porção do céu, oferecendo aos astrónomos uma visão ultrapanorâmica do Universo.

O projeto principal dedicado a mapear os campos magnéticos do cosmos recebe o nome de Levantamento do Céu em Polarização do Magnetismo do Universo (POSSUM).

Como etapa preparatória, a equipa do telescópio produziu os Levantamentos Rápidos de Contínuo do ASKAP (RACS). A ideia é semelhante à de montar um atlas do Universo.

As versões mais recentes desses levantamentos identificaram quase 4 milhões de galáxias distantes, sendo que cerca de 2 milhões nunca tinham sido observadas antes.

O céu magnético

O nosso novo mapa, batizado de SPICE-RACS, nasceu da colaboração entre as duas equipas de levantamento.

A proposta foi apontar para cada galáxia encontrada pelo RACS e procurar sinais de polarização alterada pela ação de campos magnéticos. Usando a versão mais recente do levantamento, identificamos 350.000 galáxias, dentro do conjunto original de 4 milhões, que serviam para esse objetivo.

O nosso catálogo de fontes é quase dez vezes maior do que o maior conjunto anterior e cinco vezes maior do que todas as observações já reunidas em conjunto.

Com isso, alcançamos o maior e mais detalhado mapa disponível até agora.

No mapa, tons de vermelho indicam campos magnéticos apontando na nossa direção, enquanto os azuis mostram campos orientados para longe - de maneira análoga aos polos norte e sul de uma bússola.

A maior parte da estrutura em redemoinhos e “bolhas” que aparece é produzida pela nossa própria Via Láctea. Já nos detalhes mais finos do mapa estão as assinaturas de regiões ainda mais distantes do Universo.

Esse novo mapa já está a viabilizar pesquisas em diferentes lugares do mundo, e os dados estão disponíveis ao público para a comunidade científica na internet.

No futuro, pretendemos combinar todas as versões do RACS para chegar a um mapa ainda maior e com mais pormenores.

Enquanto isso, espera-se que o projeto POSSUM conclua as observações até 2030. O mapa magnético mais nítido resultante desse levantamento vai abrir uma nova janela para campos magnéticos cósmicos distantes, permitindo enxergar mais para trás na história do Universo.

Alec Thomson, Cientista de Comissionamento do SKA-Low, Observatório do Square Kilometre Array; e afiliado, Espaço e Astronomia, CSIRO

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.