Cientistas dizem ter determinado a quantidade total de matéria no Universo

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Aglomerado de galáxias Cl 0024 + 17 (ZwCl 0024 + 1652). Crédios: NASA, ESA, MJ Jee e H. Ford / Universidade Johns Hopkins.

Por Michelle Starr
Publicado na ScienceAlert

As coisas que compõem nosso Universo são difíceis de medir. Sabemos que a maior parte da densidade de matéria-energia do Universo consiste em energia escura, a misteriosa força desconhecida que está impulsionando a expansão do Universo. E sabemos que o resto é matéria, seja normal ou escura.

Descobrir com precisão as proporções desses três é um desafio, mas os pesquisadores agora dizem que realizaram uma das medições mais precisas até agora para determinar a proporção da matéria.

De acordo com seus cálculos, a matéria normal e a escura combinadas constituem 31,5 por cento da densidade de matéria-energia do Universo. Os 68,5 por cento restantes são energia escura.

“Para colocar essa quantidade de matéria em um contexto, se toda a matéria no Universo fosse espalhada uniformemente pelo espaço, isso corresponderia a uma densidade de massa média igual a apenas cerca de seis átomos de hidrogênio por metro cúbico”, disse o astrônomo Mohamed Abdullah, da Universidade da Califórnia, em Riverside (EUA) e o Instituto Nacional de Pesquisa de Astronomia e Geofísica do Egito.

“No entanto, como sabemos que 80 por cento da matéria é na verdade matéria escura, na realidade, a maior parte dessa matéria não consiste em átomos de hidrogênio, mas em um tipo de matéria que os cosmologistas ainda não entendem”.

Compreender a energia escura é realmente crucial para nossa compreensão do Universo. Não sabemos o que é exatamente – o ‘escuro’ no nome refere-se a esse mistério – mas parece ser a força que impulsiona a expansão do Universo, cuja velocidade tem se mostrado incrivelmente difícil de diminuir passado um certo ponto.

Assim que tivermos um melhor entendimento da taxa de expansão, isso melhorará nossa compreensão da evolução do Universo como um todo. Consequentemente, limitar quais são as propriedades da energia escura é uma tarefa muito importante para a cosmologia em geral, e há várias maneiras de fazer isso.

Abdullah e sua equipe empregaram um método baseado na maneira como as coisas se movem em aglomerados de galáxias – grupos de até milhares de galáxias gravitacionalmente unidas.

Geralmente, os aglomerados de galáxias são uma boa ferramenta para medir a matéria no Universo. Isso porque eles são feitos de matéria que se juntou ao longo da vida do Universo, cerca de 13,8 bilhões de anos, sob a gravidade.

O número de aglomerados que podemos observar em um volume de espaço tem alta sensibilidade sobre a quantidade de matéria, portanto, contá-los pode fornecer uma medida razoável. Mas, novamente, essa não é uma tarefa simples.

“Uma porcentagem maior de matéria resultaria em mais aglomerados”, disse Abdullah.

“O desafio do ‘Cachinhos Dourados’ para nossa equipe era medir o número de aglomerados e, em seguida, determinar qual resposta estava ‘certa’. Mas é difícil medir a massa de qualquer aglomerado de galáxias com precisão porque a maior parte da matéria é escura, então não podemos ver com telescópios”.

A equipe encontrou uma maneira de contornar esse problema com uma técnica chamada GalWeight. Ela usa as órbitas de galáxias dentro e ao redor de um aglomerado para determinar quais galáxias realmente pertencem a um determinado aglomerado, e quais não pertencem, com mais de 98 por cento de precisão. Isso, segundo eles, fornece um censo mais preciso daquele aglomerado, por sua vez levando a um cálculo de massa mais preciso.

“Uma grande vantagem de usar nossa técnica de órbita de galáxias GalWeight foi que nossa equipe foi capaz de determinar uma massa para cada aglomerado individualmente, em vez nos basearmos em métodos estatísticos mais indiretos”, explicou o astrônomo Anatoly Klypin, da Universidade Estadual do Novo México (EUA).

A equipe aplicou sua técnica em observações coletadas pelo Sloan Digital Sky Survey e criou um catálogo de aglomerados de galáxias. Esses aglomerados foram então comparados a simulações numéricas de galáxias para calcular a quantidade total de matéria no Universo.

O resultado da equipe – 31,5 por cento de matéria e 68,5 por cento de energia escura – está de acordo com outras medições da densidade de matéria-energia do Universo.

“Conseguimos fazer uma das medições mais precisas já feitas usando a técnica do aglomerado de galáxias”, disse a astrônoma Gillian Wilson, da UC Riverside.

“Além disso, este é o primeiro uso da técnica da órbita da galáxia que obteve um valor de acordo com os obtidos por equipes que usaram técnicas não relacionadas a aglomerações, como anisotropias cósmicas de fundo em micro-ondas, oscilações acústicas de bárions, supernovas Tipo Ia ou lentes gravitacionais”.

Este resultado, segundo a equipe, demonstra que GalWeight pode provar ser uma ferramenta muito útil para continuar a sondar e delimitar as propriedades cosmológicas do Universo.

A pesquisa foi publicada no The Astrophysical Journal.