Dark Matter tem sido um mistério desde que foi proposto pela primeira vez. Além de tentar encontrar alguma evidência direta de sua existência, os cientistas também passaram as últimas décadas desenvolvendo modelos teóricos para explicar como funciona. Nos últimos anos, a concepção popular tem sido a de que a matéria escura é "fria" e distribuída em grupos por todo o universo, uma observação apoiada pelos dados da missão Planck.
No entanto, um novo estudo produzido por uma equipe internacional de pesquisadores mostra uma imagem diferente. Usando dados do Kilo Degree Survey (KiDS), esses pesquisadores estudaram como a luz vinda de milhões de galáxias distantes era afetada pela influência gravitacional da matéria na maior das escalas. O que descobriram foi que a Matéria Negra parece distribuir-se mais suavemente pelo espaço do que se pensava anteriormente.
Nos últimos cinco anos, a pesquisa KiDS usou o VLT Survey Telescope (VST) - o maior telescópio do Observatório La Silla Paranal do ESO, no Chile - para pesquisar 1500 graus quadrados do céu noturno do sul. Esse volume de espaço foi monitorado em quatro bandas (UV, IR, verde e vermelho) usando lentes gravitacionais fracas e medidas fotométricas de desvio para o vermelho.
Consistente com a Teoria da Relatividade Geral de Einstein, a lente gravitacional envolve o estudo de como o campo gravitacional de um objeto maciço dobrará a luz. Enquanto isso, o desvio para o vermelho tenta medir a velocidade com que outras galáxias estão se afastando da nossa medindo até que ponto sua luz é deslocada para o extremo vermelho do espectro (ou seja, seu comprimento de onda se torna mais longo quanto mais rápido a fonte estiver se afastando).
As lentes gravitacionais são especialmente úteis quando se trata de determinar como o Universo surgiu. Nosso modelo cosmológico atual, conhecido como modelo Lambda Cold Dark Matter (Lambda CDM), afirma que a Dark Energy é responsável pela aceleração tardia da expansão do Universo e que a Dark Matter é composta de partículas maciças responsáveis para formação de estrutura cosmológica.
Usando uma ligeira variação dessa técnica conhecida como pura cósmica, a equipe de pesquisa estudou a luz de galáxias distantes para determinar como ela é distorcida pela presença das maiores estruturas do Universo (como superaglomerados e filamentos). Como o Dr. Hendrik Hildebrandt - um astrônomo do Argelander Institute for Astronomy (AIfA) e o principal autor do artigo - disse à Space Magazine por e-mail:
“Geralmente se pensa em uma grande massa como um aglomerado de galáxias que causa essa deflexão da luz. Mas também há matéria em todo o universo. A luz de galáxias distantes é continuamente desviada por essa estrutura chamada em larga escala. Isso faz com que as galáxias próximas do céu estejam “apontando” na mesma direção. É um efeito minúsculo, mas pode ser medido com métodos estatísticos de grandes amostras de galáxias. Quando medimos o quão fortemente as galáxias estão "apontando" na mesma direção, podemos inferir disso as propriedades estatísticas da estrutura em grande escala, por exemplo. a densidade média da matéria e a força com que a matéria é agrupada / agrupada. "
Usando essa técnica, a equipe de pesquisa realizou uma análise de 450 graus quadrados de dados do KiDS, o que corresponde a cerca de 1% do céu inteiro. Nesse volume de espaço, observou-se como a luz vinda de cerca de 15 milhões de galáxias interagia com toda a matéria existente entre elas e a Terra.
Combinando as imagens extremamente nítidas obtidas pelo VST com o software de computador avançado, a equipe conseguiu realizar uma das medidas mais precisas já feitas sobre cisalhamento cósmico. Curiosamente, os resultados não foram consistentes com os produzidos pela missão Planck da ESA, que tem sido o mapeador mais abrangente do Universo até hoje.
A missão Planck forneceu algumas informações maravilhosamente detalhadas e precisas sobre o Cosmic Microwave Background (CMB). Isso ajudou os astrônomos a mapear o Universo primitivo, bem como a desenvolver teorias sobre como a matéria foi distribuída durante esse período. Como Hildebrandt explicou:
“Planck mede muitos parâmetros cosmológicos com precisão requintada das flutuações de temperatura do fundo cósmico de microondas, ou seja, processos físicos que ocorreram 400.000 anos após o Big Bang. Dois desses parâmetros são a densidade média de matéria do Universo e uma medida de quão fortemente essa matéria é agrupada. Com o cisalhamento cósmico, também medimos esses dois parâmetros, mas muito mais tarde, tempos cósmicos (alguns bilhões de anos atrás ou ~ 10 bilhões de anos após o Big Bang), ou seja, em nosso passado mais recente. ”
No entanto, Hildebrandt e sua equipe encontraram valores para esses parâmetros significativamente inferiores aos encontrados por Planck. Basicamente, seus resultados de cisalhamento cósmico sugerem que há menos matéria no Universo e que ela é menos agrupada do que o que os resultados de Planck previram. É provável que esses resultados tenham impacto nos estudos cosmológicos e na física teórica nos próximos anos.
Tal como está, o Dark Matter permanece indetectável usando métodos padrão. Como os buracos negros, sua existência só pode ser inferida a partir dos efeitos gravitacionais observáveis que tem sobre a matéria visível. Nesse caso, sua presença e natureza fundamental são medidas pela forma como afetou a evolução do Universo nos últimos 13,8 bilhões de anos. Mas, como os resultados parecem conflitantes, os astrônomos podem agora ter que reconsiderar algumas de suas noções anteriores.
"Existem várias opções: porque não entendemos os ingredientes dominantes do Universo (matéria escura e energia escura), podemos brincar com as propriedades de ambos", disse Hildebrandt. "Por exemplo, diferentes formas de energia escura (mais complexas que a possibilidade mais simples, que é a" constante cosmológica "de Einstein) poderiam explicar nossas medidas. Outra possibilidade interessante é que isso é um sinal de que as leis da gravidade na escala do Universo são diferentes da Relatividade Geral. Tudo o que podemos dizer por enquanto é que algo parece não estar certo!
