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Uma colaboração liderada por cientistas da Universidade de Nagoya, no Japão, investigou a natureza da matéria escura em torno das galáxias vistas como eram há 12 bilhões de anos, bilhões de anos atrás no tempo do que nunca. Suas descobertas, publicadas na Physical Review Letters , oferecem a possibilidade tentadora de que as regras fundamentais da cosmologia podem diferir ao examinar a história inicial do nosso universo.
Ver algo que aconteceu há tanto tempo é difícil. Por causa da velocidade finita da luz, vemos galáxias distantes não como são hoje, mas como eram bilhões de anos atrás. Mas ainda mais desafiador é observar a matéria escura, que não emite luz.
Considere uma galáxia fonte distante, ainda mais distante do que a galáxia cuja matéria escura se deseja investigar. A atração gravitacional da galáxia em primeiro plano, incluindo sua matéria escura, distorce o espaço e o tempo circundantes, conforme previsto pela teoria da relatividade geral de Einstein. À medida que a luz da galáxia de origem viaja através dessa distorção, ela se dobra, alterando a forma aparente da galáxia. Quanto maior a quantidade de matéria escura, maior a distorção. Assim, os cientistas podem medir a quantidade de matéria escura ao redor da galáxia em primeiro plano (a galáxia “lente”) a partir da distorção.
No entanto, além de um certo ponto, os cientistas encontram um problema. As galáxias nas profundezas do universo são incrivelmente fracas. Como resultado, quanto mais longe da Terra olhamos, menos eficaz esta técnica se torna. A distorção da lente é sutil e difícil de detectar na maioria dos casos, então muitas galáxias de fundo são necessárias para detectar o sinal.
A maioria dos estudos anteriores permaneceu nos mesmos limites. Incapaz de detectar galáxias de origem suficientemente distantes para medir a distorção, eles só puderam analisar a matéria escura de não mais de 8 a 10 bilhões de anos atrás. Essas limitações deixaram em aberto a questão da distribuição da matéria escura entre essa época e 13,7 bilhões de anos atrás, em torno do início do nosso universo.
Para superar esses desafios e observar a matéria escura dos confins do universo, uma equipe de pesquisa liderada por Hironao Miyatake da Universidade de Nagoya, em colaboração com a Universidade de Tóquio, o Observatório Astronômico Nacional do Japão e a Universidade de Princeton, usou uma fonte diferente de luz de fundo, as micro-ondas liberadas pelo próprio Big Bang.
Primeiro, usando dados das observações do Subaru Hyper Suprime-Cam Survey (HSC), a equipe identificou 1,5 milhão de galáxias de lentes usando luz visível, selecionadas para serem vistas há 12 bilhões de anos.
Em seguida, para superar a falta de luz da galáxia ainda mais distante, eles empregaram microondas do fundo cósmico de microondas (CMB), o resíduo de radiação do Big Bang. Usando micro-ondas observadas pelo satélite Planck da Agência Espacial Européia, a equipe mediu como a matéria escura ao redor das galáxias da lente distorcia as micro-ondas.
“Olhe para a matéria escura em torno de galáxias distantes?” perguntou o professor Masami Ouchi, da Universidade de Tóquio, que fez muitas das observações. “Foi uma ideia maluca. Ninguém percebeu que poderíamos fazer isso. Mas depois que dei uma palestra sobre uma grande amostra de galáxias distantes, Hironao veio até mim e disse que talvez fosse possível observar a matéria escura ao redor dessas galáxias com o CMB.”
Uma das descobertas mais empolgantes dos pesquisadores foi relacionada à aglomeração da matéria escura. De acordo com a teoria padrão da cosmologia, o modelo Lambda-CDM, flutuações sutis na CMB formam pools de matéria densamente compactada, atraindo a matéria circundante através da gravidade. Isso cria aglomerados não homogêneos que formam estrelas e galáxias nessas regiões densas. As descobertas do grupo sugerem que sua medida de clumpiness foi menor do que o previsto pelo modelo Lambda-CDM.
FONTES:
https://www.eurekalert.org/news-releases/960312
https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.129.061301
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