Novo mosaico em rádio da Via Láctea combina GLEAM e GLEAM-X

A Via Láctea é um ambiente vasto, complexo e cheio de camadas. A olho nu, ela surge como uma faixa brilhante que corta o céu noturno, formada por um número incontável de estrelas.

Só que essa é apenas a parte visível do espectro. Quando olhamos o firmamento por outras “lentes” - como nas ondas de rádio - a paisagem fica muito mais rica, com partículas carregadas e campos magnéticos a revelar-se.

Há décadas, astrónomos recorrem a radiotelescópios para investigar a nossa galáxia. Ao analisar as propriedades dos objetos que habitam a Via Láctea, torna-se possível compreender melhor a sua composição e a forma como evoluiu.

O nosso estudo, publicado hoje nas Publicações da Sociedade Astronômica da Austrália, traz novas pistas sobre a estrutura do plano galáctico da nossa galáxia.

Observando o céu inteiro em rádio

Para expor o “céu em rádio”, utilizámos a Matriz de Campo Amplo de Murchison, um radiotelescópio no interior da Austrália, composto por 4,096 antenas distribuídas por vários quilómetros quadrados. Por observar grandes regiões do céu de uma só vez, a matriz consegue mapear a galáxia com rapidez.

Entre 2013 e 2015, a matriz foi empregada para observar todo o céu do hemisfério sul no levantamento MWA de todo o céu Galáctico e Extragaláctico (GLEAM). Esse levantamento abrangia uma faixa ampla de frequências de ondas de rádio.

Os levantamentos GLEAM e GLEAM-X

A cobertura extensa de frequências do GLEAM deu aos astrónomos o primeiro mapa de “cor em rádio” do céu, incluindo a própria galáxia. Nele, apareciam o brilho difuso do disco galáctico, milhares de galáxias distantes e regiões onde as estrelas nascem e morrem.

Com a modernização da matriz em 2018, passámos a observar o céu com maior resolução e sensibilidade, o que resultou no levantamento GLEAM-Estendido (GLEAM-X).

A diferença central entre os dois é que o GLEAM captava o panorama geral, mas não os detalhes, enquanto o GLEAM-X revelava os detalhes, mas não o panorama geral.

Um mosaico da Via Láctea

Para juntar o melhor de ambos, a nossa equipa aplicou uma nova técnica de formação de imagens chamada image domain gridding. Com ela, combinámos milhares de observações do GLEAM e do GLEAM-X para construir um único mosaico gigantesco da galáxia.

Como os dois levantamentos observaram o céu em épocas diferentes, foi essencial corrigir as distorções da ionosfera - deslocamentos nas ondas de rádio provocados por irregularidades na alta atmosfera da Terra. Sem essa etapa, as distorções fariam a posição das fontes variar de uma observação para outra.

Correções ionosféricas e processamento em supercomputadores

O algoritmo faz essas correções, alinhando e empilhando os dados de noites distintas de forma contínua. Esse processo consumiu mais de 1 milhão de horas de processamento em supercomputadores do Centro de Pesquisa em Supercomputação Pawsey, na Austrália Ocidental.

O resultado é um novo mosaico que cobre 95% da Via Láctea visível a partir do hemisfério sul, abrangendo frequências de 72 a 231 MHz. A grande vantagem de trabalhar com uma faixa tão ampla é poder distinguir diferentes fontes pela sua “cor em rádio”, conforme as ondas sejam geradas por campos magnéticos cósmicos ou por gás quente.

A emissão associada à explosão de estrelas mortas aparece em laranja. Quanto mais baixa a frequência, mais intensa é a luminosidade. Já as regiões onde as estrelas se formam destacam-se em azul.

Esse código de cores permite aos astrónomos identificar, num relance, componentes físicos distintos da galáxia.

Este novo retrato em rádio da Via Láctea é, até agora, o mapa mais sensível e com maior cobertura de área nessas baixas frequências.

Ele vai viabilizar uma enorme variedade de ciência galáctica - desde descobrir e analisar remanescentes fracos e antigos de explosões estelares até mapear os raios cósmicos energéticos e a poeira e os grãos que dominam o meio entre as estrelas.

A força dessa imagem só deixará de ser referência quando o novo telescópio SKA-Low estiver concluído e em operação, tornando-se, no fim, milhares de vezes mais sensível e com resolução superior à do seu antecessor, a Matriz de Campo Amplo de Murchison.

Essa atualização ainda levará alguns anos. Enquanto isso, esta nova imagem funciona como uma prévia inspiradora das maravilhas que o SKA-Low completo ainda irá revelar.

Silvia Mantovanini, doutoranda em Astronomia, Universidade Curtin, e Natasha Hurley-Walker, astrónoma de rádio, Universidade Curtin

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