O que é o Sloan Digital Sky Survey?

Em poucas palavras, o Sloan Digital Sky Survey é simplesmente o mais ambicioso mapeamento astronômico que já foi feito. Este projeto vai mapear detalhadamente um quarto de todo o céu, determinando as posições e brilhos absolutos de centenas de milhões de objetos celestes. E também vai medir as distâncias de mais de um milhão de galáxias e quasares.

O SDSS aborda questões fascinantes e fundamentais a respeito do universo. Com este mapeamento, os astrônomos poderão observar os padrões de grande escala das galáxias: filamentos e vazios através de todo o universo. Os cientistas têm várias idéias sobre como o universo evoluiu, e diferentes padrões de estruturas em grande escala indicam quais teorias estão corretas - ou se precisaremos ter idéias totalmente novas.

Mapeando o Universo

Fazer mapas é uma atividade central para o avanço gradual do conhecimento humano. A última década viu uma explosão na escala e na diversidade do empreendimento de fazer mapas, com áreas tão díspares quanto genética, oceanografia, neurociência e física de superfícies aplicando o poder dos computadores para registrar e entender novos territórios, enormes e complexos. A capacidade para gravar e digerir imensas quantidades de dados em tempo viável está mudando a cara da ciência. O Sloan Digital Sky Survey trará eata prática moderna de mapeamentos muito abrangentes à cosmografia, a ciência que mapeia e estuda o universo.

O SDSS fará o maior mapa da história da humanidade. Ele nos dará uma imagem tridimensional do universo em um volume cem vezes maior que o atualmente explorado. O SDSS também vai obter as distâncias de 100.000 quasares, os objetos mais distantes que se conhece, dando-nos informações sem precedentes sobre a distribuição da matéria nos limites do universo observável. O SDSS é o primeiro mapeamento de grande área a utilizar detectores eletrônicos de luz, de modo que as imagens produzidas serão substancialmente mais sensíveis e precisas do que as de projetos anteriores, que utilizavam placas fotográficas. Os resultados do SDSS estão eletronicamente disponíveis à comunidade científica e ao público em geral, tanto na forma de imagens quanto em catálogos precisos de todos os objetos descobertos. Ao fim do projeto, a quantidade total de informação produzida, cerca de 15 terabytes (trilhões de bytes) será comparável à informação contida em todos oslivros da Biblioteca do Congresso Americano.

Observando sistematicamente e sensivelmente uma grande fração do céu, o SDSS terá um importante impacto em estudos astronômicos tão diversos quanto a estrutura em grande escala do universo, a origem e evolução das galáxias, a relação entre matéria escura e matéria luminosa, a estrutura da nossa própria Via Láctea, e as propriedades e distribuição da poeira a partir da qual estrelas como o Sol foram criadas. O SDSS será um novo ponto de referência, um guia de campo para o universo que os cientistas utilizarão por décadas.

A Ciência do SDSS

O universo hoje está preenchido com superfícies que contêm galáxias e que se curvam ao longo do espaço vazio. Assim como bolhas de sabão, elas formam filamentos densos ao redor de vazios. O nosso melhor modelo de como o universo começou, o Big Bang, nos dá uma imagem de um universo preenchido com uma sopa quente e uniforme de partículas fundamentais. De alguma maneira, entre o começo do universo e hoje, a atração da gravidade fez com que a matéria se juntasse em regiões de alta densidade, deixando alguns vazios. O que provocou essa transição de uniformidade para a existência de estruturas? Entender a origem das estruturas que nós observamos hoje no universo é uma parte crucial na reconstrução da história cósmica.

Entender o arranjo da matéria no universo é ainda mais difícil porque as estrelas e galáxias luminosas que nós observamos são apenas uma pequena parte do total. Mais de 90% da matéria do universo não emite luz. A natureza, quantidade e distribuição dessa "matéria escura" estão entre as mais importantes questões da astrofísica. Como a gravidade da matéria escura influenciou as estruturas visíveis? Ou, colocando de outra forma, nós podemos utilizar o mapeamento cuidadoso das posições e movimentos das galáxias para reconstruir a distribuição da massa e, assim, encontrar pistas sobre a matéria escura.

Um Mapa do Universo

Uma das dificuldades de se estudar o universo como um todo é ter informações suficientes para criar uma imagem. Os astrônomos projetaram o Sloan Digital Sky Survey para atacar este problema de uma maneira direta e ambiciosa: o SDSS acumula um conjunto de dados suficientemente grande e preciso para abordar uma enorme variedade de questões astronômicas.

O SDSS vai obter imagens em alta resolução de um quarto do céu em cinco cores diferentes. A partir delas, programas avançados de processamento de imagens vão medir o formato, brilho e cor de centenas de milhôes de objetos astronômicos, incluindo estrelas, galáxias, quasares (objetos compactos, mas muito brilhantes, cuja energia, acredita-se, é proveniente de material caindo em buracos negros gigantes) e toda uma variedade de objetos celestes exóticos. Algumas estrelas, galáxias e quasares selecionados serão observados utilizando-se um instrumento chamado espectrógrafo para determinar com precisão a distância de milhões de galáxias e de 100.000 quasares, além de fornecer informações preciosas a respeito de cada um desses objetos. Esses dados fornecerão à comunidade astronômica algo muito necessário: um catálogo abrangente dos constituintes de uma parte representativa do universo. O mapa do SDSS revelará o tamanho das maiores estruturas do nosso universo e como elas são. Ele nos ajudará a entender os mecanismos que converteram a "sopa primordial" uniforme em uma rede de bolhas de galáxias.

Um Censo Intergaláctico

O U.S. Census Bureau [algo como o IBGE] coleta informações estatísticas sobre como as pessoas vivem nos Estados Unidos, onde elas moram, suas raças, suas rendas familiares, e outras características. O Censo se torna uma fonte de informação fundamental para quem está tentando entender o país. O Sloan Digital Sky Survey vai conduzir um tipo de censo celeste, coletando informações sobre quantos quasares e galáxias existem no universo, como eles estão distribuídos, suas propriedades individuais e seus brilhos. Os astrônomos vão usar estas informações para estudar questões como: por que as galáxias espirais achatadas são encontradas em regiões menos densas do universo do que as galáxias elípticas, que têm o formato de bolas de futebol americano; ou como os quasares mudaram ao longo da história do universo.

O SDSS também vai coletar informações sobre a Via Lãctea e até sobre o nosso próprio sistema solar. A vasta rede lançada pelo telescópio do SDSS vai varrer tantas estrelas quanto galáxias e tantos asteróides do nosso sistema solar quanto quasares no universo. O conhecimento sobre esses objetos nos ajudará a entender como as estrelas estão distrubuídas na nossa galáxia e como os asteróides se encaixam na história do sistema solar.

Agulhas num Palheiro, Faróis na Neblina

O espectro de uma rara "estrela de carbono". Clique para uma imagem maior.

Objetos raros, quase por definição, são cientificamente interessantes. Vasculhando as várias centenas de milhões de objetos observados pelo SDSS, os cientistas serão capazes de construir catálogos inteiros dos mais distantes quasares, das estrelas mais raras, e das galáxias mais atípicas. Os objetos mais atípicos no catálogo serão cerca de cem vezes mais raros que os mais raros objetos atualmente conhecidos.

Por exemplo, estrelas com uma composição química muito baixa em metais como o ferro são são as mais antigas da Via Láctea. Elas podem, por isso, nos dar informações sobre a formação da galáxia. Entretanto, essas estrelas são também extremamente raras, e apenas uma busca profunda em campos largos é capaz de encontrá-las em número suficiente para formar uma imagem coerente.

Por estarem tão distantes, os quasares podem funcionar como sondas para a matéria intergaláctica em todo o universo visível. Em particular, os astrônomos podem identificar e estudar galáxias observando a maneira pela qual elas bloqueiam certos comprimentos de onda da luz emitida pelos quasares que se encontram atrás delas. Usando a luz dos quasares, o SDSS vai detectar dezenas de milhares de galáxias nos estágios iniciais de formação. Essas galáxias são tipicamente muito fracas e difusas para que a sua própria luz seja detectada, mesmo pelos maiores telescópios. Esta técnica que utiliza quasares vai permitir que os cientistas estudem a evolução química do universo ao longo da sua história.

O Telescópio como uma Máquina do Tempo

Observar o universo com um telescópio nos permite não apenas enxergar longe, mas também olhar para o passado. Imagine seres inteligentes em um sistema planetário ao redor de uma estrela a 20 anos-luz de distância. Suponha que esses seres captem uma transmissão qualquer de televisão da Terra. Eles veriam eventos 20 anos depois de eles terem ocorrido na Terra: por exemplo, a cobertura jornalística da reeleição de Ronald Reagan (1984) vinte anos depois (2004). Enquanto que hoje os americanos já viram passar mais três pesidentes, os seres ainda estariam vendo Reagan.

A luz viaja muito rápido, mas o universo é um lugar muito grande. De fato, os astrônomos observam rotineiramente quasares tão distantes, que a luz produzida por eles leva bilhões de anos para chegar até nós. Quando olhamos galáxias ou quasares que estão a bilhões de anos-luz de distância, estamos observando como eles eram bilhões de anos atrás.

Observando galáxias e quasares a diferentes distâncias, os astrônomos podem ver como as suas propriedades mudaram ao longo do tempo. O SDSS irá medir a distribuição das galáxias próximas, permitindo que os astrônomos comparem-na com a de galáxias mais distantes, agora sendo observadas com os novos instrumentos do Hubble Space Telescope e com o Keck Telescope. Uma vez que os quasares são muito brilhantes, o SDSS permitirá aos astrônomos estudar sua evolução ao longo de mais de 90% da história do universo.

Medindo Distância e Tempo: Redshift

O universo está se expandindo como um pedaço de bolo com passas crescendo no forno. Escolha uma passa e imagine que ela é a Via Láctea, nossa galáxia. Se vc se coloca nesta passa, não importa como você olhe para o bolo, conforme ele cresce, todas as outras passas estarão se afastando de você. Quanto mais longe uma delas está, mais rápido ela se afasta. Do mesmo modo, todas as outras galáxias estão se afastando da nossa conforme o universo se expande. E como o universo se expande uniformemente, quanto mais distante uma galáxia está da Terra, mais rápido ela se afasta de nós.

A luz proveniente desses objetos distantes é deslocada para a parte vermelha do espectro eletromagnético, assim como o apito de um trem muda conforme ele se aproxima ou se afasta da uma estação. Quanto mais rápido um objeto se move, mais a sua luz é desviada para o vermelho [redshift]. Os astrônomos medem a quantidade de desvio para o vermelho no espectro de uma galáxia para descobrir qual a que distância ela se encontra.

Medindo os redshifts de milhôes de galáxias, o Sloan Digital Sky Survey fornecerá uma imagem tridimensional da nossa vizinhança local do universo.