O universo está cheio de bilhões de galáxias – mas sua distribuição pelo espaço está longe de ser uniforme. Por que vemos hoje tanta estrutura no universo e como tudo se formou e cresceu?
Uma pesquisa de dez anos de dezenas de milhares de galáxias feitas usando o Telescópio Magellan Baade no Observatório Las Campanas de Carnegie, no Chile, forneceu uma nova abordagem para responder a esse mistério fundamental. Os resultados, liderados por Daniel Kelson, de Carnegie, são publicados em Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
“Como você descreve o indescritível?” pergunta Kelson. “Ao adotar uma abordagem totalmente nova para o problema”.
“Nossa tática fornece novas e intuitivas idéias sobre como a gravidade impulsionou o crescimento da estrutura desde os primeiros tempos do universo”, disse o co-autor Andrew Benson. “Este é um teste direto, baseado em observação, de um dos pilares da cosmologia”.
A Pesquisa Carnegie-Spitzer-IMACS Redshift foi projetada para estudar a relação entre o crescimento da galáxia e o ambiente circundante nos últimos 9 bilhões de anos, quando as aparências das galáxias modernas foram definidas.
As primeiras galáxias foram formadas algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang, que começou o universo como uma sopa quente e escura de partículas extremamente energéticas. À medida que esse material se expandia para fora da “explosão” inicial, ele esfriava e as partículas coalesciam em gás hidrogênio neutro. Alguns trechos eram mais densos que outros e, eventualmente, sua gravidade superou a trajetória externa do universo e o material entrou em colapso, formando os primeiros aglomerados de estrutura no cosmos.
As diferenças de densidade que permitiram estruturas grandes e pequenas se formarem em alguns lugares e não em outros têm sido um tópico de fascínio de longa data. Mas até agora, as habilidades dos astrônomos para modelar como a estrutura cresceu no universo nos últimos 13 bilhões de anos enfrentavam limitações matemáticas.
“As interações gravitacionais que ocorrem entre todas as partículas do universo são complexas demais para serem explicadas com a matemática simples”, disse Benson.
Assim, os astrônomos usavam aproximações matemáticas – que comprometiam a precisão de seus modelos – ou grandes simulações de computador que modelam numericamente todas as interações entre galáxias, mas nem todas as interações que ocorrem entre todas as partículas, o que é considerado muito complicado.
“Um dos principais objetivos de nossa pesquisa foi contar a massa presente nas estrelas encontradas em uma enorme seleção de galáxias distantes e depois usar essas informações para formular uma nova abordagem para entender como a estrutura se formou no universo”, explicou Kelson.
A equipe de pesquisa – que também incluía Louis Abramson, Carnegie, Shannon Patel, Stephen Shectman, Alan Dressler, Patrick McCarthy e John S. Mulchaey, e Rik Williams, agora da Uber Technologies – demonstrou pela primeira vez que o crescimento de indivíduos as protoestruturas podem ser calculadas e, em seguida, calculadas a média sobre todo o espaço.
Isso revelou que aglomerados mais densos cresceram mais rapidamente e aglomerados menos densos cresceram mais lentamente.
Eles foram capazes de trabalhar para trás e determinar as distribuições originais e as taxas de crescimento das flutuações na densidade, que acabariam se tornando as estruturas em larga escala que determinavam as distribuições de galáxias que vemos hoje.
Em essência, o trabalho deles forneceu uma descrição simples, porém precisa, de por que e como as flutuações de densidade crescem da mesma forma que no universo real, bem como no trabalho computacional que sustenta nossa compreensão da infância do universo.
“E é tão simples, com uma verdadeira elegância”, acrescentou Kelson.
Os resultados não teriam sido possíveis sem a alocação de um número extraordinário de noites de observação em Las Campanas.
“Muitas instituições não teriam capacidade para assumir um projeto desse tipo por conta própria”, disse o diretor dos Observatórios, John Mulchaey. “Mas, graças aos nossos telescópios Magellan, fomos capazes de executar esta pesquisa e criar essa nova abordagem para responder a uma pergunta clássica”.
“Embora não haja dúvida de que esse projeto exigia os recursos de uma instituição como a Carnegie, nosso trabalho também não poderia ter acontecido sem o grande número de imagens infravermelhas adicionais que pudemos obter em Kit Peak e Cerro Tololo, que fazem parte de Laboratório Nacional de Pesquisa em Astronomia Ótica e Infravermelho da NSF “, acrescentou Kelson.
Publicado em 28/04/2020 05h22
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