“Para se chegar onde nunca se chegou é preciso seguir um caminho que nunca ninguém seguiu”

David Sobral
David Sobral
Imagem cedida por DS

David Sobral e Andra Stroe, juntamente com outros astrónomos das universidades da Califórnia e Harvard, Lawrence Livermore National Laboratory e Observatório de Hamburgo, descobriram que os megas tsunamis cósmicos gerados pelo choque de enxames de galáxias têm um impacto tremendo nas galáxias.

O próximo passo dos cientistas é investigar se aquilo que descobriam é válido para todas as colisões de enxames ou se existem algumas condições necessárias para tal acontecer.

Os resultados anunciados recentemente em comunicado de imprensa estão descritos nos artigos MC2: boosted AGN and star formation activity in CIZA J2242.8+5301, a massive post-merger cluster at z = 0.19★”e “The rise and fall of star formation in z ∼ 0.2 merging galaxy clusters, ambos publicados online na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, a 23 de abril de 2015.

Quando é que começou a estudar este assunto em particular?

David Sobral (DS) - Comecei a estudar mega enxames em colisão (e o que acontecia às galáxias dos enxames nessas colisões) em 2012. O meu interesse principal passa por compreender como é que galáxias como a nossa se formam e evoluem, e isso implica não só estudá-las ao longo dos últimos mais de 13 mil milhões de anos, mas também nos mais diversos ambientes. Algumas galáxias vivem isoladas, outras em grupos de galáxias (como a nossa), outras nos filamentos da rede cósmica, enquanto outras formam-se e evoluem em grandes enxames (verdadeiras cidades de galáxias). Estas cidades estão constantemente a crescer, e duas (ou mais) grandes cidades podem crescer colidindo com outros grandes enxames de galáxias. A colisão de enxames altamente massivos dá-nos a possibilidade de estudar o que acontece nessas situações em que se libertam energias que só o big-bang consegue superar.

Na prática, a investigação surgiu naturalmente quando fui para Leiden para desenvolver a minha investigação, depois de concluir o doutoramento em Edimburgo. Na altura, a Andra Stroe estava a começar o doutoramento em Leiden e a estudar as ondas de choque (verdadeiros tsunamis cósmicos) formadas devido à colisão “frontal” de enxames com uma massa enorme. Com a minha orientação, demos um passo extra e começámos a pensar como poderíamos estudar também o efeito da onda nas galáxias.

Sabia-se muito pouco sobre o efeito que as colisões de enxames de galáxias podiam ter nas galáxias. De modo a obtermos um progresso assinalável, decidimos estudar dois exemplos fantásticos para os quais já tínhamos bastantes dados no rádio no que toca à caracterização de mega ondas de choque.

David Sobral
"Creio que os melhores momentos passaram primeiro por confirmar que os filtros que desenhámos, tecnicamente e teoricamente, funcionavam mesmo, quando os usámos pela primeira vez no telescópio", comenta David Sobral
Fonte Imagens cedidas por DS

Como correu este trabalho?

DS - O trabalho necessitou de vários passos e dum planeamento detalhado e cauteloso. Primeiro identificámos os alvos ideais para o nosso estudo piloto (os enxames têm nomes estranhos devido à forma das ondas de choque, os mega tsunamis cósmicos: “salsicha” e “escova-de-dentes”). Depois fiz os cálculos para saber se seria possível fazer filtros óticos específicos para procurar galáxias ativas nos enxames, e saber se o custo permitia construí-los. Depois de ter conseguido reunir todas as especificações, e depois de vários orçamentos impeditivos na ordem das dezenas de milhares de euros, finalmente consegui uma empresa capaz de os produzir com o meu orçamento. Escrevemos depois a primeira proposta para observar em La Palma durante cerca de 10 noites: o tempo necessário para os primeiros resultados científicos. Conseguimos todo o tempo que pedimos, e por isso foi possível avançar com a produção dos filtros.

Os filtros foram depois produzidos, enviados para La Palma, para o Telescópio Isaac Newton. Fizemos as primeiras observações com os filtros no enxame da “salsicha”, e ao fim da primeira observação de apenas alguns minutos descobrimos logo que algo de estranho/fascinante se passava: não esperávamos ver galáxias tão ativas.

No entanto, foram precisas cerca de duas dezenas de noites, e muitos outros dados em outros comprimentos de onda, até conseguirmos finalmente interpretar a nossa descoberta de uma forma robusta e verdadeiramente compreensiva.

Quais foram as principais dificuldades? Como as ultrapassaram?

DS - O facto do enxame se encontrar por detrás da nossa própria galáxia (a via Láctea) foi talvez a principal dificuldade. Isso faz com que muita da poeira, gás e estrelas da nossa própria galáxia interfiram nas observações de uma forma extrema. Por isso, foi necessário observar por muito mais tempo do que se estivéssemos a observar numa outra direção. Por outro lado, o facto de a nossa galáxia estar entre nós e os enxames distantes explica facilmente o porquê dos enxames praticamente nunca terem sido estudados antes. Aliás, o enxame com mais galáxias ativas e com a grande onda de choque tem um nome “astronómico” (para além de ser referido como “salsicha”) que diz tudo: faz parte dos enxames na “zone of avoidance”, isto é enxames que por estarem por trás da nossa galáxia são muito difíceis de estudar e são normalmente evitados.

No entanto, se fosse fácil já alguém tinha feito esta descoberta por nós. E não há nada como um conjunto de desafios para nos forçar a desenhar e implementar uma estratégia única e robusta, para ver o que nunca ninguém antes viu. Afinal, para se chegar onde nunca se chegou é preciso seguir um caminho que nunca ninguém seguiu. E isso implica seguir caminhos difíceis, arriscados e complexos.

Na prática, como o enxame nunca tinha sido estudado em detalhe, tivemos que observá-lo em praticamente todos os comprimentos de onda, e derivar mapas precisos para retirarmos a contribuição da nossa própria galáxia de cada uma das imagens. Mas os resultados foram de tal forma excelentes que conseguimos até determinar a quantidade de matéria escura que existe nestes enxames distantes, mesmo com a nossa galáxia a dificultar-nos a vida. Foi a primeira vez que isso foi feito. Isso, juntamente com outros resultados que temos publicado, deu-nos as bases para agora podermos ter publicado os artigos que mostram claramente que a onda cósmica tem um efeito claro de “trazer as galáxias de volta à vida”.

E os melhores momentos?

DS - Creio que os melhores momentos passaram primeiro por confirmar que os filtros que desenhámos, tecnicamente e teoricamente, funcionavam mesmo, quando os usámos pela primeira vez no telescópio. Depois, obter a primeira imagem com os novos filtros, e a descoberta óbvia de galáxias muito ativas no enxame foi também fantástico. Finalmente, foi ótimo observar essas galáxias com o telescópio Keck, no Havai, (com dez metros de espelho, a informação obtida é absolutamente fantástica) e o William Herschel, em La Palma, e confirmarmos tudo aquilo que achávamos que estávamos a ver.

Na prática, agora fazemos parte de uma equipa que estuda enxames em colisão com várias perspetivas, incluindo tentar medir se a matéria escura interage entre si. Dois professores da Califórnia visitaram-me no ano passado. Ambos ganharam bolsas Fulbright e virão para Lisboa passar um ano de sabática, a partir de setembro. Já fizemos um primeiro workshop e mais serão organizados, fazendo com que o Observatório Astronómico de Lisboa, a Faculdade de Ciências da ULisboa e a capital sejam ainda mais divulgados. Não há nada como discussões científicas sobre os mais variados fenómenos, com equipas internacionais e multidisciplinares.

Desenvolveu filtros especiais que permitiram estas descobertas. Em que consistem esses filtros? Qual é a sensação de desenvolver algo que se torna tão útil?

DS - Já tinha utilizado filtros semelhantes durante o meu doutoramento (tive a sorte de viajar de seis em seis meses para o Havai para recolher dados que usei na minha tese), por isso tinha alguma experiência, mas foi de facto a primeira vez que os desenhei “de raiz”. Não fomos nós que os construímos fisicamente (esse é um processo industrial), mas tive a responsabilidade de determinar todas as suas propriedades para que, ao ser colocado no telescópio, deixasse apenas passar fotões com a energia que queríamos. Para além disso, foi importantíssimo ter o meu próprio financiamento para que eles pudessem ser fabricados.

Foi muito bom quando fizemos as primeiras observações com estes filtros e vimos que estavam a funcionar exatamente como tinha calculado.

Desde então, já “concebi” e comprei outros quatro filtros diferentes, para investigar outras galáxias, outros ambientes e para procurar galáxias ainda mais distantes. Estamos neste momento a trabalhar para publicar muitas dessas descobertas. De facto, a Andra Stroe, neste momento prestes a acabar o doutoramento, estará de visita a Lisboa nas próximas duas semanas, para trabalhar em novas descobertas comigo e com o grupo, jovem mas extremamente ativo, que estou a montar no Observatório Astronómico de Lisboa e Faculdade de Ciências da ULisboa.

Como tem sido a reação dos pares a este trabalho?

DS - Tem sido muito boa, não só por parte de outros grupos, que estão agora a encontrar resultados semelhantes, mas também da parte de colegas teóricos, que conseguem agora ver nas suas simulações aquilo que as nossas observações revelam. Claramente, o passo seguinte é investigarmos se o que descobrimos é válido para todas as colisões de enxames, ou se existem algumas condições necessárias para tal acontecer.

Ana Subtil Simões, Gabinete de Comunicação, Imagem e Cultura de Ciências da ULisboa
info.ciencias@ciencias.ulisboa.pt
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O Nobel da Física de 2023 foi atribuído a três físicos europeus - Pierre Agostini, Ferenc Krausz e Anne L'Huillier -, a trabalhar nos EUA, Suécia e Alemanha. Reconhece os trabalhos pioneiros relativos à produção de luz decorrentes da interacção entre electrões e atómos foto-ionizados por laser, através da geração de um número elevado de harmónicas de ordem elevada que, em conjunto, e em condições de fase relativas adequadas (phase matching) podem dar origem a trens de impulsos luminosos com durações de ato-segundo (1 as = 10-18 s).

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