Exercício utilizando o “Hubble Deep Field”:

Campo Profundo do Hubble

Thaisa Storchi Bergmann

Objetivo: Estimar o número total de galáxias no Universo, bem como reconhecer os diferentes tipos de galáxias nas imagens que constituem o Campo Profundo do Telescópio Espacial Hubble, descrito a seguir.

Material: Imagens dos campos HDFA, HDFB e HDFC, obtidas pelas tres câmeras (aqui identificadas por A, B e C) que faziam parte do instrumento conhecido como Câmera de Grande Campo do Telescópio Espacial Hubble, bem como negativos HDFAneg, HDFBneg e HDFCneg destas imagens, onde fica mais fácil a contagem de galáxias.

O Campo Profundo do Hubble

A imagem à esquerda foi obtida com a Câmera de Grande Campo e Planetária do Hubble, deixando o telescópio apontado para uma pequena região aparentemente sem estrelas próxima à Constelação da Ursa Maior, por 10 dias consecutivos. Foram assim obtidas imagens das galáxias mais distantes do Universo, que estão há 12 bilhões de anos-luz da Terra, ou, seja, quando o Universo tinha cerca de 1/10 da sua idade.

A figura ao lado ilustra o fato de que o campo do Telescópio Espacial tem diâmetro angular menor do que o de uma moeda de 10 centavos quando segurada com o braço estendido.

A Câmera de Grande Campo e Planetária do Hubble, é, na verdade, formada por quatro câmeras. As quatro imagens resultantes são combinadas em uma única imagem, formando um mosaico.

As câmeras A, B e C são de “grande campo” (na verdade, cobrem um campo que é ~1/30 do diâmetro da Lua, ou seja, cerca de 1 minuto de arco), eunquanto que a quarta câmera, a planetária, cobre um campo 4 vezes menor, mas com o dobro da resolução angular. A forma do mosaico fica como esquematizada ao lado.

Exercício 1) Estimar o no. de objetos no Campo Profundo do Hubble. Para isto, o campo de cada câmera foi dividido em 12 partes. Os alunos devem contar o no. de objetos que conseguem identificar nesta 1/12 parte e depois mutiplicar o resultado por 12, e depois por 4, para cobrir os 2,2’x 2,2’ do campo total. Finalmente, para extrapolar para o no. de objetos no Universo, multiplique o no. obtido pela razão entre o ângulo sólido total do Universo e o ângulo sólido coberto pelo Campo Profundo (3x10⁷). Utilize para isto as imagens negativas de cada câmera (cada aluno ou grupo pode ficar com uma das imagens), em conjunto com as originais.

Detalhe os passos acima nos cálculos.

Exercício 2) Para cada câmera A, B e C, foram marcados e numerados 45 objetos que devem ser classificados de acordo com sua cor e forma.

Estes objetos são:

a) a) Estrelas, que em geral aparecem com “raios” nas imagens, que não são reais, mas são devido à reflexão da luz na estrutura do telescópio;

b) b) Galáxias Espirais, que têm em geral dois ou mais braços espirais. Quando vistas de lado, ficam com uma aparência alongada e muitas vezes lembram um “ovo frito” devido à saliência da região central (o bojo da galáxia). Suas cores são azul ou branca, devido ao fato dos braços espirais serem a região onde se concentram os “berços” de formação estelar;

c) c) Galáxias Elípticas, que têm aparência elipsoidal, indo de redondas até bastante achatadas, com uma distribuição de brilho mais uniforme do que as galáxias espirais. Suas cores são na maioria amarela e vermelha porque não contêm estrelas jovens;

d) d) Galáxias Irregulares, que, como seu nome indica, têm uma aparência irregular, sendo ricas em gás e poeira. Tendem a ter cor azul ou branca devido à presença de estrelas jovens em formação.

Preencha a tabela abaixo com a identificação:

	Estrela	Elíptica	Espiral	Irregular
Azul
Branca
Amarela
Vermelha

Exercício 3) Um dos principais problemas dos astrônomos é determinar a distância dos objetos astronômicos. Agora você vai também enfrentar este problema: ordene em ordem crescente de distância os seguintes objetos:

a) a) Na câmera A: 3, 4, 7, 13, 14

b) b) Na câmera B: 19, 21, 22, 27, 29

c) c) Na câmera C: 33, 36, 41, 42, 44

Explique os critérios utilizados. Embora, como primeira aproximação, o tamanho aparente da galáxia pode ser um indicador da sua distância, existem galáxias de diferentes tamanhos, e por isto são necessários outros indicadores. Um dos mais poderosos é a lei de Hubble, que estudaremos a seguir.

A matéria escura e a energia escura

Mas, antes disso, vamos discutir "o que não vemos" no Hubble Deep Field, ou seja, a matéria escura e a "energia escura". Para entender o que é isto, acesse o link http://www.if.ufrgs.br/~thaisa/matesc/matesc.htm.

Resolva os tres problemas propostos que demonstram a existência de matéria escura e responda às perguntas: O que é energia escura? Qual a diferença entre matéria escura e energia escura?