Cientistas vislumbraram a matéria escura mais antiga já observada no Universo

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Galáxia lentificada no fundo cósmico de microondas. (Créditos; Reiko Matsushita)

Traduzido por Julio Batista
Original de Mike McRae para o ScienceAlert

O pouco que sabemos sobre a matéria escura vem de cálculos baseados no brilho das galáxias circundantes. Quanto mais longe olhamos, no entanto, mais fraca fica a luz das estrelas, tornando mais difícil ver a influência sutil dessa mais misteriosa das forças.

Agora, uma colaboração entre astrônomos do Japão e dos EUA encontrou uma maneira diferente de iluminar a escuridão distante, estudando a maneira como massas sombrias de matéria escura distorcem o brilho de fundo do cosmos.

Como fotos tiradas de um carro em movimento, toda a história do nosso Universo está espalhada pela vastidão do espaço. Para ver uma sucessão de momentos marcantes, tudo o que precisamos fazer é continuar olhando mais adiante na estrada.

Infelizmente, a expansão crescente de tudo não tem sido gentil com aquelas fotos mais antigas, esticando suas paletas de luz estelar até que estejam com tão pouca energia que nos parecem pouco mais do que brasas brilhantes.

É uma pena que não possamos vê-los como elas são. Se essas primeiras galáxias se parecem com as que vemos muito mais tarde na linha do tempo do Universo, suas estruturas devem ser influenciadas por bolsões de gravidade produzidos por… bem, não temos a menor ideia.

É chamado de matéria escura apenas porque não irradia nenhuma informação que nos diga algo sobre sua natureza. É provável que seja algum tipo de massa semelhante a partículas com poucas propriedades, não muito diferente de um neutrino. Há uma chance externa de que seja um reflexo de algo que entendemos mal sobre a formação do espaço e do tempo.

O resumo disso é que ainda não temos uma teoria concreta sobre onde esse fenômeno se encaixa na física existente. Portanto, obter uma medida precisa sobre a aparência desses halos de matéria escura superantigos, pelo menos, nos diria se eles mudaram ao longo do tempo.

Não podemos estimar sua massa total – invisível e brilhante – medindo sua luz pálida. Mas é possível usar a maneira como sua massa coletiva distorce a luz das estrelas que passa pelo espaço circundante.

Essa técnica de lente funciona bem o suficiente para grandes grupos de galáxias vistos cerca de 8 a 10 bilhões de anos no passado. Quanto mais para trás no tempo queremos ver, porém, menos radiação estelar existe no fundo para analisar as distorções.

De acordo com o astrofísico Hironao Miyatake e colegas da Universidade de Nagoya, existe outra fonte de luz que poderíamos usar, chamado fundo cósmico de microondas.

Pense no fundo cósmico de microondas como a primeira foto do cosmos recém-nascido. O eco de luz lançado quando o Universo tinha cerca de 300.000 anos, agora permeia o espaço na forma de uma radiação fraca.

Os cientistas usam padrões sutis neste zumbido de fundo para testar todos os tipos de hipóteses sobre as primeiras fases críticas da evolução do Universo. Usá-lo para estimar a massa média de galáxias distantes e a distribuição de halos de matéria escura ao seu redor, no entanto, foi a primeira hipótese testada.

“Foi uma ideia maluca. Ninguém percebeu que poderíamos fazer isso”, disse Masami Ouchi, astrofísico da Universidade de Tóquio.

“Mas depois que eu dei uma palestra sobre uma grande amostra de galáxia distante, Hironao veio até mim e disse que pode ser possível observar a matéria escura ao redor dessas galáxias com o fundo cósmico de microondas.”

Hironao e seus colegas se concentraram em um conjunto especial de objetos distantes formadores de estrelas chamados galáxias Lyman-break.

Usando uma amostra composta por quase 1,5 milhão desses objetos coletados através da pesquisa do Programa Estratégico do Hyper Suprime-Cam do Telescópio Subaru, eles analisaram padrões na radiação de microondas como visto pelo satélite Planck da Agência Espacial Europeia.

Os resultados forneceram aos pesquisadores uma massa de halo típica para galáxias próximas a 12 bilhões de anos no passado, uma era bastante diferente da que vemos hoje mais perto de casa.

De acordo com a teoria cosmológica padrão, a formação dessas primeiras galáxias foi em grande parte determinada por flutuações no espaço que exageraram a aglomeração de matéria. Curiosamente, essas novas descobertas de massas galácticas iniciais refletem uma aglomeração de matéria que é menor do que os modelos atuais predizem.

“Nossa descoberta ainda é incerta”, disse Miyatake. “Mas se for verdade, isso sugeriria que todo o modelo é falho à medida que você volta no tempo.”

Revisitar modelos existentes sobre como elementos recém-formados ​​se juntaram para formar as primeiras galáxias pode revelar lacunas que também podem explicar as origens da matéria escura.

Por mais desbotadas que sejam as fotos de bebês do Universo, é claro que elas ainda têm uma história para contar sobre como surgimos.

Esta pesquisa foi publicada em Physical Review Letters.