O universo está se expandindo a uma taxa cada vez maior e, embora ninguém saiba ao certo por que, os pesquisadores do Dark Energy Survey (DES) pelo menos tinham uma estratégia para descobrir: eles combinariam medições da distribuição de matéria, galáxias e aglomerados de galáxias para entender melhor o que está acontecendo.
Alcançar essa meta acabou sendo muito complicado, mas agora uma equipe liderada por pesquisadores do Laboratório Nacional de Aceleração SLAC do Departamento de Energia da Universidade de Stanford e da Universidade do Arizona encontrou uma solução. Sua análise, publicada em 6 de abril na Physical Review Letters, produz estimativas mais precisas da densidade média da matéria, bem como sua propensão a se aglomerar – dois parâmetros-chave que ajudam os físicos a sondar a natureza da matéria escura e da energia escura, as substâncias misteriosas que constituem a grande maioria do universo.
“É uma das melhores restrições de um dos melhores conjuntos de dados até o momento”, diz Chun-Hao To, autor principal do novo artigo e estudante de pós-graduação no SLAC e Stanford que trabalha com o Diretor do Instituto Kavli para Astrofísica de Partículas e Cosmologia Risa Wechsler.
Um objetivo inicial
Quando o DES se propôs em 2013 a mapear um oitavo do céu, o objetivo era reunir quatro tipos de dados: as distâncias a certos tipos de supernovas, ou estrelas em explosão; a distribuição da matéria no universo; a distribuição de galáxias; e a distribuição de aglomerados de galáxias. Cada um diz aos pesquisadores algo sobre como o universo evoluiu ao longo do tempo.
Idealmente, os cientistas colocariam todas as quatro fontes de dados juntas para melhorar suas estimativas, mas há um obstáculo: as distribuições de matéria, galáxias e aglomerados de galáxias estão intimamente relacionadas. Se os pesquisadores não levarem essas relações em consideração, eles vão acabar “contando duas vezes”, colocando muito peso em alguns dados e não o suficiente em outros, diz To.
Para evitar o manuseio incorreto de todas essas informações, a astrofísica da Universidade do Arizona Elisabeth Krause e seus colegas desenvolveram um novo modelo que poderia explicar adequadamente as conexões nas distribuições de todas as três quantidades: matéria, galáxias e aglomerados de galáxias. Ao fazer isso, eles foram capazes de produzir a primeira análise para combinar adequadamente todos esses conjuntos de dados díspares a fim de aprender sobre a matéria escura e a energia escura.
Melhorando as estimativas
Adicionar esse modelo à análise DES tem dois efeitos, diz To. Primeiro, as medições das distribuições de matéria, galáxias e aglomerados de galáxias tendem a introduzir diferentes tipos de erros. Combinar todas as três medições torna mais fácil identificar esses erros, tornando a análise mais robusta. Em segundo lugar, as três medidas diferem em quão sensíveis são à densidade média da matéria e sua aglomeração. Como resultado, a combinação dos três pode melhorar a precisão com que o DES pode medir a matéria escura e a energia escura.
No novo artigo, To, Krause e colegas aplicaram seus novos métodos ao primeiro ano de dados de DES e aprimoraram a precisão das estimativas anteriores para densidade e aglomeração da matéria.
Agora que a equipe pode incorporar matéria, galáxias e aglomerados de galáxias simultaneamente em suas análises, adicionar dados de supernovas será relativamente simples, já que esse tipo de dados não está tão relacionado com os outros três, diz To.
“O próximo passo imediato”, diz ele, “é aplicar o maquinário aos dados do DES Ano 3, que tem uma cobertura três vezes maior do céu.” Isso não é tão simples quanto parece: embora a ideia básica seja a mesma, os novos dados exigirão esforços adicionais para melhorar o modelo e acompanhar a alta qualidade dos dados mais recentes, diz To.
“Esta análise é realmente emocionante”, disse Wechsler. “Espero que estabeleça um novo padrão na forma como somos capazes de analisar dados e aprender sobre a energia escura a partir de grandes pesquisas, não apenas para o DES, mas também ansioso pelos dados incríveis que obteremos da Pesquisa de Legado do Observatório Vera Rubin do Espaço e do Tempo em alguns anos. “
Publicado em 07/04/2021 17h02
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