Os cosmólogos produziram o maior e mais detalhado mapa já feito da estrutura do Universo. Eles acreditam que o cosmos é menos irregular e com uma quantidade de energia escura menor do que as pesquisas anteriores sugeriram.
Foto de Reidar Hahn, Fermilab
Os novos resultados, que fazem parte da pesquisa Dark Energy Survey (DES), mapeou a distribuição da matéria em parte através da medição da forma com que a luz se curva na presença de massa, um efeito conhecido como lente gravitacional. O Universo era extremamente suave, com a matéria uniformemente distribuída em sua infância, quase 14 bilhões de anos atrás, mas a massa se aglomerou em galáxias, nuvens de gás e outras estruturas desde então. Dados divulgados pela equipe do DES em 3 de agosto sugerem que a aglomeração tem acontecido mais lentamente do que o indicado pelas estimativas anteriores, que foram baseadas em fotos do Universo bebê feitas através da medição da radiação cósmica de fundo, o brilho do Big Bang.
A diferença nos resultados produzidos pelas duas técnicas ainda estão dentro das margens de erro em ambos os conjuntos de medidas, disseram os líderes da pesquisa. Uma pesquisa menor de lentes gravitacionais, o Kilo Degree Survey (KIDS) também encontrou uma discrepância semelhante no ano passado.
De qualquer forma, os resultados mostram que a DES está agora a atingindo níveis de precisão que a torna competitiva com o levantamento da radiação cósmica de fundo do satélite Planck da Agência Espacial Europeia, um dos mais importantes da cosmologia obervacional – disse o líder do estudo Joshua Frieman, um cosmólogo do Fermi National Accelerator Laboratory, em Batavia, Illinois. “Acreditamos que, com estes resultados, já não somos o ‘primo pobre’” de outros esforços, diz ele. “Agora temos resultado que têm poder comparável para restringir dados cosmológicos.”
Este mapa da matéria escura é feito a partir de medidas de lente gravitacional de 26 milhões de galáxias no Dark Energy Survey. O mapa cobre cerca de 1/30 de todo o céu e abrange vários bilhões de anos-luz de extensão. As regiões vermelhas têm mais matéria escura do que a média e nas regiões azuis menos matéria escura. Chihway Chang of the Kavli Institute for Cosmological Physics at the University of Chicago and the DES collaboration.
DES, uma colaboração de mais de 400 pesquisadores, emprega a ainda jovem técnica de lentes gravitacionais fracas usando o telescópio Blanco 4 metros, parte do Observatório de Cerro Tololo, no Chile. De acordo com a teoria geral da relatividade de Albert Einstein, a massa distorce o espaço, de modo que uma grande quantidade de matéria no primeiro plano de uma galáxia pode dobrar a sua luz de uma maneira que faz com que pareça um pouco esmagada. Isto é verdade se a massa de primeiro plano for feita de matéria escura invisível ou matéria comum. Galáxias muitas vezes podem parecer oblongas por outras razões, incluindo as suas formas reais e orientação; mas se muitas galáxias em uma certa região do céu aparecem, em média, sendo desviadas ao longo da mesma direção, a lente gravitacional é a provável culpada.
O mais recente estudo foi baseado no primeiro ano de recolhimento de dados, na qual o DES mapeou 26 milhões de galáxias no céu do sul e mediu suas formas aparentes. A equipe então calculou o montante de lente gravitacional em cada parte do céu para reconstruir a densidade da matéria. Os resultados confirmam o que se tornou o ‘modelo padrão’ da cosmologia, em que a matéria comum constitui apenas 4% do conteúdo do universo. Mas os pesquisadores encontraram uma quantidade ligeiramente menor de matéria escura – cerca de 26% – do que os dados do Planck de 29%, sendo o restante ocupado por ‘energia escura’, o material que se acredita-se estar empurrando o cosmos distante a uma velocidade acelerada.
Galáxias e matéria escura não estão distribuídas uniformemente através do Universo, em vez disso tem-se concentrado, sob a força da gravidade, em uma estrutura semelhante à uma rede aglomerados e filamentos, com enormes vazios entre eles. O nível de concentração medido pelo DES é 7% menor do que o modelo padrão da cosmologia prevê, com base em dados do Planck do Universo primordial.
Se confirmada, essa lacuna pode significar que a massa foi aglomerada em um ritmo menor do que o previsto, potencialmente revelando uma nova física. Por exemplo, ele poderia apontar para interações inesperadas entre a matéria escura e energia escura, ou a novos tipos de neutrinos.
A discrepância entre o modelo cosmológico padrão e as medidas de aglomeração mais recentes não é estatisticamente grande, em um desvio padrão, embora o levantamento KIDS no ano passado tenha descoberto que os dois valores tem três desvios padrão de distância.
Os resultados do DES, que ainda não foram revistos por pares, foram apresentados numa reunião da Sociedade Americana de Física do Fermilab em 3 de Agosto, e os autores colocaram uma bateria de 10 artigos on-line.
Os astrônomos descobriram que a expansão cósmica atual é mais rápida do que seria previsto com base em dados de Planck. George Efstathiou, diretor do Instituto Kavli de Cosmologia em Cambridge, Reino Unido, e um membro de ambas as colaborações Planck e DES, diz que a discrepância encontrada por DES é preocupante – e potencialmente mais preocupante do que a relativa à expansão cósmica.
Mas o cosmólogo Anthony Tyson, um pioneiro da lente gravitacional fraca na Universidade da Califórnia, em Davis, diz que espera que quando o DES acumular mais dados, as suas conclusões irão se aproximar do Planck. “Eu acredito que eles têm sido muito cuidadosos e conservadores em suas interpretações”, diz ele sobre a pesquisa.
No geral, os pesquisadores estão animado para ter uma ferramenta adicional para sondar o cosmos em detalhes cada vez maiores. “Meu ponto de vista de todas estas medidas é que elas são testes deslumbrantes sobre o modelo cosmológico, e a precisão e exatidão só mantêm-se melhor”, disse o astrônomo Wendy Freedman, da Universidade de Chicago.
O último mapa é baseado na primeira rodada de observação do DES, que começou em 2013, e que abrange cerca de um trigésimo do céu, três vezes maior do que um mapa preliminar do levantamento lançado em 2015. A pesquisa final, que irá concluir-se em 2018, irá abranger um décimo do céu; os resultados podem aparecer em 2020, disse Frieman. Finalmente, o objetivo do DES é mapear uma região grande o suficiente para ver como a influência da energia escura tem evoluído ao longo da história recente do Universo.
Symmetry Magazine