#Universo Primordial #Universo Primitivo
Astrofísicos na Itália lançaram uma nova luz sobre a natureza da matéria a partir da detecção de galáxias pelo Telescópio Espacial James Webb (James Webb) de 13 bilhões de anos atrás e novas simulações numéricas de última geração das primeiras galáxias. O estudo acrescenta outra peça ao quebra-cabeça da natureza da matéria no universo.
Enquanto o paradigma comumente aceito de formação de estrutura é baseado em matéria não relativística que interage apenas gravitacionalmente, ou seja, matéria escura “fria”, possibilidades alternativas defendidas para resolver problemas de pequena escala do cenário padrão dependem da hipótese de que a matéria escura é feita de partículas quentes que possuem uma velocidade térmica pequena e não desprezível, ou seja, matéria escura “quente”.
“Descobrimos que as recentes detecções de galáxias James Webb na primeira fração de um bilhão de anos após o Big Bang são sondas preciosas da natureza da matéria”, disse o Dr. Umberto Maio, pesquisador da equipe do Instituto Nacional Italiano de Astrofísica (INAF), Astronomical Observatory of Trieste, e principal autor do artigo que descreve a descoberta que acaba de ser publicado na Astronomy & Astrophysics.
A pesquisa mostra que a matéria escura, o principal constituinte da matéria no universo, é feita de partículas que são “frias” ou apenas levemente “quentes” com uma massa maior que 2 keV. Modelos de matéria escura com massas de partículas iguais ou mais leves que esse limite são excluídos do estudo.
Enquanto trabalhos anteriores haviam descartado a possibilidade de discriminar a natureza do assunto empregando dados em épocas recentes, dados em épocas muito anteriores e simulações numéricas ad hoc – a base do novo estudo – eram necessários para fornecer informações sobre as tendências estatísticas de galáxias primordiais e quebrar as degenerescências dos modelos.
“O que fizemos foi aplicar nossa nova e sofisticada implementação numérica da formação inicial de galáxias para interpretar os dados mais recentes do James Webb”, diz o Dr. Maio. “Vimos que, durante o período de formação das primeiras estrelas e galáxias, as propriedades visíveis das estruturas presentes no universo dependem da massa das partículas de matéria escura.”
De fato, o estudo encontrou evidências de que a quantidade de formação estelar cosmológica, as luminosidades ultravioleta e as abundâncias moleculares variam em diferentes modelos de matéria escura, e essas variações podem ser contrastadas com os dados mais recentes do James Webb, o primeiro a atingir o universo “antigo”.
A pesquisa foi uma colaboração entre o INAF-Observatório Astronômico de Trieste e a Escola Internacional de Estudos Avançados de Trieste, Itália. “O estudo foi construído com base nas observações excepcionais de galáxias no primeiro meio bilhão de anos detectadas com o James Webb e divulgadas no início de 2022”, disse o Prof. Matteo Viel, da Escola Internacional de Estudos Avançados em Trieste e coautor da pesquisa. “Esta é uma importante aplicação de dados científicos em tais épocas primordiais para restringir a natureza da matéria escura. Graças ao James Webb, observamos as galáxias mais distantes do universo e suas propriedades nos fornecem informações claras sobre seus constituintes.”
Essa grande conquista foi possibilitada pelo James Webb, que é uma colaboração internacional entre a Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço dos Estados Unidos (NASA), a Agência Espacial Européia (ESA) e a Agência Espacial Canadense (CSA). A pesquisa mostra como dois observáveis, a função de luminosidade da galáxia e a função de correlação da galáxia em pequenas escalas de objetos fracos, especialmente quando usados em combinação, são ferramentas promissoras para discriminar entre diferentes modelos de matéria escura. As descobertas do estudo também estão de acordo com as propriedades do meio intergaláctico, a “teia cósmica”, em épocas mais recentes.
“No futuro, quando mais dados de fontes pequenas, fracas e jovens estiverem disponíveis, mais dicas podem vir de estatísticas iniciais de massa estelar e emissão galáctica de monóxido de carbono”, concluem os cientistas. A descoberta dessas primeiras galáxias demonstra que essas estruturas podem se formar em apenas uma fração de bilhão de anos – o que corresponde a um piscar de olhos em contextos cosmológicos. Assim, mais e mais detecções de galáxias formadoras de estrelas primordiais serão possíveis em um futuro próximo e isso abrirá caminho para uma melhor compreensão da natureza da matéria.
Publicado em 09/04/2023 01h23
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