Matéria Perdida Encontrada na Teia Cósmica

Por Ned Oliveira

A localização de quase metade da matéria comum no Universo é desconhecida. Observações radiológicas sugerem que essa matéria “bariônica” esquiva está escondida na estrutura filamentar da teia cósmica.

Depois de um jogo de quase vinte anos de esconde-esconde cósmica, astrônomos usando o observatório espacial XMM-Newton da ESA finalmente encontraram evidências de gás quente e difuso permeando o cosmos.

Enquanto a misteriosa matéria escura e a energia escura compõem cerca de 25% e 70% do nosso cosmos, respectivamente, a matéria comum que compõe tudo o que vemos (estrelas, galáxias, planetas…) é de apenas cerca de cinco por cento. 

Mas mesmo esses cinco por cento são muito difíceis de rastrear.

A quantidade total de matéria comum, que os astrônomos chamam de bárions, pode ser estimada a partir de observações da Antecedente de Microondas Cósmica, que é a luz mais antiga da história do Universo, que remonta a apenas 380 mil anos após o Big Bang. 

Observações de galáxias muito distantes permitem que os astrônomos acompanhem a evolução deste assunto ao longo dos primeiros bilhões de anos do Universo. Depois disso, no entanto, mais da metade parecia ter desaparecido.

“Os bárions desaparecidos representam um dos maiores mistérios da astrofísica moderna”, explica Fabrizio Nicastro, principal autor do artigo, apresentando uma solução para o mistério, publicada hoje na revista  Nature.

Contando a população de estrelas em galáxias através do Universo, mais o gás interestelar que permeia as galáxias, a matéria-prima para criar estrelas, só chega a meros dez por cento de toda matéria comum. Somando o gás quente e difuso nos halos que englobam as galáxias e o gás ainda mais quente que preenche os aglomerados de galáxias, que são as maiores estruturas cósmicas unidas pela gravidade, eleva o inventário para menos de vinte por cento.

Isso não é surpreendente: estrelas, galáxias e aglomerados de galáxias se formam nos nós mais densos da teia cósmica, a distribuição filamentar da matéria escura e ordinária que se estende por todo o Universo. Embora esses locais sejam densos, eles também são raros, portanto, não são os melhores locais para procurar a maioria da matéria cósmica.

Os astrônomos suspeitavam que os bárions “desaparecidos” deviam estar à espreita nos omnipresentes filamentos desta teia cósmica, onde a matéria é, no entanto, menos densa e, portanto, mais difícil de observar. Usando técnicas diferentes ao longo dos anos, eles conseguiram localizar uma boa parte desse material intergaláctico, principalmente seus componentes frios e quentes, elevando o orçamento total a respeitáveis ??60%, mas deixando o mistério ainda sem solução. 

Fabrizio e muitos outros astrônomos ao redor do mundo estão nas trilhas dos bárions remanescentes há quase duas décadas, desde que os observatórios de raios X, como o XMM-Newton, da ESA, e o Chandra, da NASA, se tornaram disponíveis para a comunidade científica. 

Observando nesta porção do espectro eletromagnético, eles podem detectar gás intergalático quente, com temperaturas em torno de um milhão de graus ou mais, que está bloqueando os raios X emitidos por fontes ainda mais distantes.  

Para este projeto, Fabrizio e seus colaboradores usaram XMM-Newton para olhar para um quasar, uma enorme galáxia com um buraco negro supermassivo em seu centro que está ativamente devorando matéria e brilhando intensamente de raios X a ondas de rádio. Eles observaram esse quasar, cuja luz leva mais de quatro bilhões de anos para chegar até nós, num total de 18 dias, divididos entre 2015 e 2017, na mais longa observação de raios X já realizada de uma fonte desse tipo.

“Depois de vasculhar os dados, conseguimos encontrar a assinatura do oxigênio no gás intergalático quente entre nós e o quasar distante, em dois locais diferentes ao longo da linha de visão”, diz Fabrizio.“Isso está acontecendo porque há enormes reservatórios de material, incluindo oxigênio, lá e exatamente na quantidade que esperávamos, para que possamos finalmente preencher a lacuna no orçamento dos bárions do Universo.”

Este resultado extraordinário é o começo de uma nova missão. Observações de diferentes fontes no céu são necessárias para confirmar se essas descobertas são realmente universais e para investigar mais profundamente o estado físico dessa matéria tão procurada.

Fabrizio e seus colegas planejam estudar mais quasares com XMM-Newton e Chandra nos próximos anos. Para explorar completamente a distribuição e as propriedades deste chamado meio intergaláctico quente-quente, no entanto, instrumentos mais sensíveis serão necessários, como o Athena da ESA , o Telescópio Avançado para Astrofísica de Alta Energia, com lançamento previsto para 2028.

“A descoberta dos bárions desaparecidos com o XMM-Newton é o primeiro passo emocionante para caracterizar completamente as circunstâncias e estruturas em que esses bárions são encontrados”, diz o co-autor Jelle Kaastra do Instituto Holandês de Pesquisas Espaciais.“Para os próximos passos, precisaremos da sensibilidade muito maior de Athena, que tem o estudo do meio intergaláctico aquecido como um de seus principais objetivos, para melhorar nossa compreensão de como as estruturas crescem na história do Universo.”

“Nos deixa muito orgulhosos que a XMM-Newton tenha conseguido descobrir o fraco sinal desse longo material, escondido em uma névoa quente de um milhão de graus que se estende pelo espaço intergaláctico por centenas de milhares de anos-luz”, diz Norbert Schartel, XMM. Cientista de projecto Newton na ESA. “Agora que sabemos que esses bárions não estão mais em falta, mal podemos esperar para estudá-los com mais detalhes.”

Fonte: http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/XMM-Newton_finds_missing_intergalactic_material

Sérgio Sacani

Sérgio Sacani

Formado em geofísica pelo IAG da USP, mestre em engenharia do petróleo pela UNICAMP e doutor em geociências pela UNICAMP. Sérgio está à frente do Space Today, o maior canal de notícias sobre astronomia do Brasil.

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