Uma das questões mais interessantes e importantes da cosmologia é: “Quanta matéria existe no universo?” Uma equipe internacional, incluindo cientistas da Universidade de Chiba, conseguiu agora medir a quantidade total de matéria pela segunda vez. Reportando no The Astrophysical Journal, a equipe determinou que a matéria representa 31% da quantidade total de matéria e energia no universo, sendo o restante composto por energia escura.
“Os cosmologistas acreditam que apenas cerca de 20% da matéria total é composta de matéria regular ou ‘bariônica’, que inclui estrelas, galáxias, átomos e vida”, explica o primeiro autor, Dr. Mohamed Abdullah, pesquisador do Instituto Nacional de Pesquisa de Astronomia e Geofísica-Egito, Universidade de Chiba, Japão. “Cerca de 80% é feito de matéria escura, cuja natureza misteriosa ainda não é conhecida, mas pode consistir em algumas partículas subatômicas ainda não descobertas”.
“A equipe usou uma técnica comprovada para determinar a quantidade total de matéria no universo, que consiste em comparar o número observado e a massa de aglomerados de galáxias por unidade de volume com previsões de simulações numéricas”, diz a coautora Gillian Wilson, pesquisadora de Abdullah. ex-conselheiro de pós-graduação e professor de física e vice-reitor de pesquisa, inovação e desenvolvimento econômico na UC Merced.
“O número de aglomerados observados atualmente, a chamada ‘abundância de aglomerados’, é muito sensível às condições cosmológicas e, em particular, à quantidade total de matéria.”
“Uma percentagem mais elevada da matéria total do Universo resultaria na formação de mais aglomerados”, diz Anatoly Klypin, da Universidade da Virgínia. “Mas é difícil medir com precisão a massa de qualquer aglomerado de galáxias, pois a maior parte da matéria é escura e não podemos observá-la diretamente com telescópios”.
Para superar esta dificuldade, a equipe foi forçada a usar um rastreador indireto de massa do aglomerado. Eles confiaram no fato de que aglomerados mais massivos contêm mais galáxias do que aglomerados menos massivos (relação de riqueza de massa: MRR). Como as galáxias consistem em estrelas luminosas, o número de galáxias em cada aglomerado pode ser utilizado como forma de determinar indiretamente sua massa total.
Ao medir o número de galáxias em cada aglomerado na amostra do Sloan Digital Sky Survey, a equipe foi capaz de estimar a massa total de cada um dos aglomerados. Eles foram então capazes de comparar o número observado e a massa de aglomerados de galáxias por unidade de volume com as previsões de simulações numéricas.
A correspondência de melhor ajuste entre observações e simulações foi com um universo composto por 31% da matéria total, um valor que estava em excelente concordância com o obtido usando observações cósmicas de fundo em micro-ondas (CMB) do satélite Planck. Notavelmente, o CMB é uma técnica completamente independente.
“Conseguimos fazer a primeira medição da densidade da matéria usando o MRR, o que está em excelente concordância com o obtido pela equipe do Planck usando o método CMB”, disse Tomoaki Ishiyama, da Universidade de Chiba. “Este trabalho demonstra ainda que a abundância de aglomerados é uma técnica competitiva para restringir parâmetros cosmológicos e complementar a técnicas não agrupadas, como anisotropias CMB, oscilações acústicas bariônicas, supernovas Tipo Ia ou lentes gravitacionais.”
A equipe credita sua conquista como sendo a primeira a utilizar com sucesso a espectroscopia, a técnica que separa a radiação em um espectro de bandas ou cores individuais, para determinar com precisão a distância de cada aglomerado e as verdadeiras galáxias membros que estão gravitacionalmente ligadas ao aglomerado, em vez de intrusos de fundo ou primeiro plano ao longo da linha de visão.
Estudos anteriores que tentaram usar a técnica MRR basearam-se em técnicas de imagem muito mais grosseiras e menos precisas, como a utilização de imagens do céu tiradas em alguns comprimentos de onda, para determinar a distância a cada aglomerado e às galáxias próximas que eram verdadeiros membros.
O artigo, publicado no The Astrophysical Journal, não apenas demonstra que a técnica MRR é uma ferramenta poderosa para determinar parâmetros cosmológicos, mas também explica como ela pode ser aplicada a novos conjuntos de dados que estão disponíveis em imagens de campo grande, amplo e profundo, e levantamentos espectroscópicos de galáxias, como aqueles realizados com o Telescópio Subaru, Dark Energy Survey, Dark Energy Spectroscopic Instrument, Euclid Telescope, eROSITA Telescope e o James Webb Space Telescope.
Publicado em 24/09/2023 13h11
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