Por milênios, os humanos foram fascinados pelos mistérios do cosmos.
Ao contrário dos filósofos antigos que imaginavam as origens do universo, os cosmólogos modernos usam ferramentas quantitativas para obter insights sobre a evolução e a estrutura do universo. A cosmologia moderna remonta ao início do século 20, com o desenvolvimento da teoria da relatividade geral de Albert Einstein.
Agora, os pesquisadores da colaboração do Atacama Cosmology Telescope (ACT) criaram uma nova imagem inovadora que revela o mapa mais detalhado da matéria escura distribuída por um quarto de todo o céu, estendendo-se profundamente no cosmos. Além do mais, confirma a teoria de Einstein de como as estruturas massivas crescem e dobram a luz, ao longo de todo o período de vida de 14 bilhões de anos do universo.
“Mapeamos a matéria escura invisível no céu nas maiores distâncias e vemos claramente as características desse mundo invisível com centenas de milhões de anos-luz de diâmetro”, disse Blake Sherwin, professor de cosmologia da Universidade de Cambridge, onde ele lidera um grupo de pesquisadores do ACT. “Parece exatamente como nossas teorias prevêem.”
Apesar de constituir 85% do universo e influenciar sua evolução, a matéria escura tem sido difícil de detectar porque não interage com a luz ou outras formas de radiação eletromagnética. Tanto quanto sabemos, a matéria escura só interage com a gravidade.
Para rastreá-lo, os mais de 160 colaboradores que construíram e coletaram dados do Atacama Cosmology Telescope da National Science Foundation nos altos Andes chilenos observam a luz que emana após o início da formação do universo, o Big Bang – quando o universo tinha apenas 380.000 anos. Os cosmólogos costumam se referir a essa luz difusa que preenche todo o nosso universo como a “imagem do bebê do universo”, mas formalmente ela é conhecida como radiação cósmica de fundo em micro-ondas (CMB).
A equipe rastreia como a atração gravitacional de estruturas grandes e pesadas, incluindo a matéria escura, distorce o CMB em sua jornada de 14 bilhões de anos até nós, como uma lupa curva a luz ao passar por suas lentes.
“Fizemos um novo mapa de massa usando distorções de luz que sobraram do Big Bang”, diz Mathew Madhavacheril, professor assistente do Departamento de Física e Astronomia da Universidade da Pensilvânia. “Surpreendentemente, ele fornece medições que mostram que tanto a ‘protuberância’ do universo quanto a taxa de crescimento após 14 bilhões de anos de evolução são exatamente o que você esperaria de nosso modelo padrão de cosmologia baseado na teoria de Einstein. da gravidade”.
Sherwin acrescenta, “nossos resultados também fornecem novos insights sobre um debate em andamento que alguns chamam de ‘A Crise na Cosmologia'”, explicando que essa crise decorre de monitoramentos recentes que usam uma luz de fundo diferente, provida por estrelas em galáxias em vez da CMB. Isso produziu resultados que sugerem que a matéria escura não era irregular o suficiente sob o modelo padrão da cosmologia e levou a preocupações de que o modelo pode estar quebrado. No entanto, os resultados mais recentes da equipe do ACT foram capazes de avaliar com precisão que os grandes pedaços aparecem nesta imagem são do tamanho exato.
“Quando os vi pela primeira vez, nossas escutas estavam tão de acordo com a teoria subjacente que nível um momento para processar os resultados”, diz Cambridge Ph.D. estudante Frank Qu, parte da equipe de pesquisa. “Será interessante ver como essa possível discrepância entre diferentes medições será resolvida.”
“Os dados das lentes CMB rivalizam com pesquisas mais convencionais da luz visível das galáxias em sua capacidade de rastrear a soma do que está lá fora”, diz Suzanne Staggs, diretora do ACT e professora de física Henry DeWolf Smyth na Universidade de Princeton. “Juntos, as lentes CMB e os melhores levantamentos ópticos estão esclarecendo a evolução de toda a massa do universo.”
“Quando propusemos este experimento em 2003, não tínhamos ideia de toda a extensão de informação que poderia ser extraída de nosso recebido”, disse Mark Devlin, professor de astronomia Reese Flower na Universidade da Pensilvânia e vice-diretor do ACT. “Devemos isso à inteligência dos teóricos, às muitas pessoas que construíram novos instrumentos para tornar nosso conceito mais sensível e às novas técnicas de análise que nossa equipe criou”.
O ACT, que operou por 15 anos, foi desativado em setembro de 2022. No entanto, mais trabalhos apresentando resultados do conjunto final de observações devem ser enviados em breve, e o Observatório Simons realizará observações futuras no mesmo local, com um novo telescópio programado para começar a operar em 2024. Este novo instrumento será capaz de mapear o céu quase 10 vezes mais rápido que o ACT.
Esta pesquisa será apresentada na “Future Science with CMB x LSS”, uma conferência que acontecerá de 10 a 14 de abril no Yukawa Institute for Theoretical Physics, Kyoto University.
Publicado em 13/04/2023 16h10
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