Astrônomos dizem ter encontrado muitos dos átomos desaparecidos do Universo

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Simulações de supercomputadores modelam como galáxias e aglomerados galácticos crescem em longas estruturas filamentosas, algo que é conhecido como "rede cósmica".

Por Adam Mann
Publicado na Science

Se você fica frustado por não encontrar sua chave, imagine o que os astrônomos sentem. Durante anos eles não conseguiram localizar cerca de metade dos átomos que acham que o universo deveria conter. Agora, os pesquisadores rastrearam muitas coisas faltantes usando a radiação do universo primitivo que age um pouco como um laser que ilumina uma fumaça ondulante. A descoberta ajuda a solidificar nossa compreensão de como o universo evoluiu ao longo do tempo.

Os cosmólogos sabem aproximadamente quanto hidrogênio e hélio foram criados durante os primeiros 20 minutos após o Big Bang. Esses números são corroborados por estudos do pós-brilho do Big Bang — o chamado fundo de microondas cósmicas (cosmic microwave background ou CMB) — o que sugere que nosso universo é composto de aproximadamente 70% de energia escura, 23% de matéria escura e apenas 4,6% da normal , ou bariônica. No entanto, estrelas e galáxias representam cerca de apenas 10% da matéria ordinária inferida, e todos os pesquisadores disseram que não podem representar nem a metade dos átomos que eles pensam que deveriam existir.

“Isso é embaraçoso, como você pode imaginar”, diz o astrônomo Renyue Cen, da Universidade de Princeton, que não estava envolvido no novo trabalho. “Não só temos a maior parte da matéria, que é escura, e a maior parte da energia que ainda é mais escura; mas os 5% que são átomos “normais”, a maioria está faltando”.

Os pesquisadores pensam que sabem onde estão os bárions. De acordo com o modelo cosmológico padrão, que prevê como o universo cresceu e mudou desde os seus primeiros dias, o universo está cheio de enormes vertentes de matéria escura e as galáxias estão incorporadas nesta “chamada rede cósmica”. Os cientistas levantam a hipótese de que os átomos desaparecidos estão em nuvens difusas de alongamento de gás altamente ionizado entre as galáxias. Conhecida como matéria intergaláctica warm-hot (WHIM), esse gás de um milhão de graus brilha em raios-x, mas é tão fino que é muito difícil de ver. Usando observatórios que podem ver a radiação ultravioleta, como o Telescópio Espacial Hubble, os astrônomos descobriram WHIM suficiente para representar cerca de 50% a 70% dos bárions desaparecidos — deixando uma fração significativa não reconhecida.

No novo trabalho, uma equipe da Universidade de Edimburgo tentou provocar o WHIM em redes filamentares usando uma fonte inteiramente diferente de iluminação: o próprio CMB. À medida que o universo se expandia, os fótons no CMB se estendiam para comprimentos de onda mais longos e arrefeceram para alguns graus acima do zero absoluto nos dias atuais. Quando esses fótons atingem os elétrons na rede cósmica, eles podem ganhar energia e seus comprimentos de onda diminuem em uma pequena quantidade, em um fenômeno conhecido como o efeito Sunyaev-Zel’dovich (SZ). Então, procurando o efeito SZ, os pesquisadores podem rastrear o WHIM na teia cósmica.

O efeito SZ é extraordinariamente fraco, reduzindo o comprimento de onda do fóton em cerca de uma parte em 10 milhões. Para obter um sinal suficientemente forte para vê-lo, os pesquisadores levaram 1 milhão de pares de galáxias encontradas no Sloan Digital Sky Survey, todos separados por uma distância similar e empilharam suas imagens juntas. Com certeza, eles conseguiram discernir o efeito SZ nas imagens amalgamadas, fornecendo uma estimativa da quantidade de matéria barônica quente que modifica os fotons de microondas frígidos , como eles relatam em um artigo publicado no site de pré-impressão ARXiv em 29 de setembro.

Os resultados sugerem que a matéria na teia cósmica é aproximadamente seis vezes mais densa do que a média universal, o suficiente para incluir cerca de 30% da massa faltante. Um estudo independente publicado no arXiv em 15 de setembro, usando a técnica SZ em 260 mil pares de galáxias, chegou a uma conclusão semelhante .

Alguns especialistas têm reservas sobre as descobertas. “Há algumas suposições que fizeram que me preocupam”, diz o astrônomo J. Michael Shull, da Universidade do Colorado, em Boulder. “Eles assumiram que todo o gás nos filamentos está bem ao longo da linha de visão entre as duas galáxias; e isso provavelmente não está certo. “É mais provável um arranjo 3D mais complicado de material, ele observa.

Provavelmente levará um grande telescópio de raios-x da próxima geração para finalmente identificar toda a matéria bariônica em falta. Uma vez que isso acontece, a técnica de efeito SZ poderia fornecer uma maneira independente de confirmar suas descobertas, diz Cen.

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