Don Lincoln é um cientista sênior do Fermilab do Departamento de Energia dos EUA, a maior instituição de pesquisa Large Hadron Collider do país. Ele também escreve sobre ciência para o público, incluindo seu recente "O Grande Colisor de Hádrons: A História Extraordinária do Bóson de Higgs e outras coisas que vão explodir sua mente"(Johns Hopkins University Press, 2014). Você pode segui-lo noFacebook. Lincoln contribuiu com este artigo para a Live ScienceVozes de especialistas: artigos editoriais e idéias.
Enquanto mantivemos registros, a humanidade se maravilhava com o céu noturno. Vimos os céus para determinar a vontade dos deuses e nos perguntar sobre o significado de tudo isso. As meras 5.000 estrelas que podemos ver a olho nu têm sido companheiros da humanidade por milênios.
As modernas instalações astronômicas nos mostraram que o universo não consiste apenas de milhares de estrelas - ele consiste em centenas de bilhões de estrelas apenas em nossa galáxia, com trilhões de galáxias. Os observatórios nos ensinaram sobre o nascimento e a evolução do universo. E, em 3 de agosto, uma nova instalação fez seu primeiro anúncio substantivo e aumentou nossa compreensão do cosmos. Permite-nos ver o invisível, e mostrou que a distribuição da matéria no universo difere um pouco das expectativas.
O Dark Energy Survey (DES) é uma colaboração de cerca de 400 cientistas que embarcaram em uma missão de cinco anos para estudar galáxias distantes para responder a perguntas sobre a história do universo. Utiliza a Câmera de Energia Escura (DEC) acoplada ao telescópio Victor M. Blanco, de 4 metros, no Observatório Interamericano Cerro Tololo, nos Andes chilenos. A DEC foi montada nos EUA no Fermilab, perto de Batavia, Illinois, e é uma câmera de 570 megapixels capaz de imaginar galáxias tão distantes que sua luz é um milionésimo do que as estrelas mais escuras visíveis.
Energia escura e matéria escura
O DES está buscando energia escura, que é um campo de energia proposto no universo que é uma forma repulsiva de gravidade. Enquanto a gravidade exerce uma atração irresistível, a energia escura empurra o universo a se expandir a um ritmo cada vez maior. Seu efeito foi observado pela primeira vez em 1998, e ainda temos muitas perguntas sobre sua natureza.
No entanto, medindo a localização e a distância de 300 milhões de galáxias no céu noturno do sul, a pesquisa poderá fazer declarações importantes sobre outro mistério astronômico, chamado matéria escura. Pensa-se que a matéria escura seja cinco vezes mais prevalente no universo do que a matéria comum. No entanto, ele não interage com a luz, ondas de rádio ou qualquer forma de energia eletromagnética. E não parece se reunir para formar corpos grandes, como planetas e estrelas.
Não há como ver diretamente a matéria escura (daí o nome). No entanto, seus efeitos podem ser vistos indiretamente, analisando a rapidez com que as galáxias giram. Se você calcular as velocidades de rotação suportadas pela massa visível das galáxias, descobrirá que elas giram mais rapidamente do que deveriam. Por todos os direitos, essas galáxias devem ser destruídas. Após décadas de pesquisa, os astrônomos concluíram que cada galáxia contém matéria escura, o que gera a gravidade adicional que mantém as galáxias unidas.
Matéria escura no universo
No entanto, em uma escala muito maior do universo, estudar galáxias individuais não é suficiente. É necessária outra abordagem. Para isso, os astrônomos devem empregar uma técnica chamada lente gravitacional.
A lente gravitacional foi prevista em 1916 por Albert Einstein e foi observada pela primeira vez por Sir Arthur Eddington em 1919. A teoria da relatividade geral de Einstein diz que a gravidade que experimentamos é realmente causada pela curvatura do espaço-tempo. Como a luz viaja em linha reta pelo espaço, se o espaço-tempo for curvado, ele olhará para o observador como se a luz estivesse percorrendo um caminho curvo pelo espaço.
Esse fenômeno pode ser aproveitado para estudar a quantidade e a distribuição da matéria escura no universo. Os cientistas que observam uma galáxia distante (chamada galáxia lente), que tem outra galáxia ainda mais distante (chamada galáxia observada), podem ver uma imagem distorcida da galáxia observada. A distorção está relacionada à massa da galáxia de lentes. Como a massa da galáxia de lentes é uma combinação de matéria visível e matéria escura, as lentes gravitacionais permitem que os cientistas observem diretamente a existência e distribuição da matéria escura em escalas tão grandes quanto o próprio universo. Essa técnica também funciona quando um grande aglomerado de galáxias em primeiro plano distorce as imagens de aglomerados de galáxias ainda mais distantes, que é a técnica empregada para essa medição.
Lumpy ou não?
A colaboração do DES lançou recentemente uma análise usando exatamente essa técnica. A equipe analisou uma amostra de 26 milhões de galáxias a quatro distâncias diferentes da Terra. As galáxias mais próximas refletiam as que estavam mais distantes. Ao usar essa técnica e observar atentamente a distorção das imagens de todas as galáxias, eles foram capazes de mapear a distribuição da matéria escura invisível e como ela se movia e se aglomerava nos últimos 7 bilhões de anos, ou metade da vida útil da galáxia. universo.
Como esperado, eles descobriram que a matéria escura do universo era "irregular". No entanto, houve uma surpresa - foi um pouco menos irregular do que as medidas anteriores haviam previsto.
Uma dessas medidas contraditórias vem do sinal de rádio remanescente desde o início do Big Bang, chamado de fundo cósmico de microondas (CMB). O CMB contém dentro dele a distribuição de energia no cosmos quando ele tinha 380.000 anos de idade. Em 1998, a colaboração do Cosmic Background Explorer (COBE) anunciou que o CMB não era perfeitamente uniforme, mas tinha pontos quentes e frios que diferiam do uniforme em 1 parte em 100.000. Os satélites Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) e Planck confirmaram e refinaram as medições de COBE.
Nos 7 bilhões de anos entre a emissão do CMB e o período estudado pelo DES, essas regiões mais quentes do universo semearam a formação da estrutura do cosmos. A distribuição de energia não uniforme capturada no CMB, combinada com a força amplificadora da gravidade, fez com que alguns pontos do universo se tornassem mais densos e outros menos. O resultado é o universo que vemos ao nosso redor.
O CMB prediz a distribuição da matéria escura por uma razão simples: a distribuição da matéria em nosso universo no presente depende de sua distribuição no passado. Afinal, se houvesse uma massa de matéria no passado, essa matéria atrairia matéria próxima e a massa aumentaria. Da mesma forma, se projetássemos para um futuro distante, a distribuição da matéria hoje afetaria a de amanhã pelo mesmo motivo.
Assim, os cientistas usaram medições do CMB 380.000 anos após o Big Bang para calcular a aparência do universo 7 bilhões de anos depois. Quando compararam as previsões com as medidas do DES, descobriram que as medidas do DES eram um pouco menos irregulares que as previsões.
Imagem incompleta
Isso é um grande negócio? Talvez. A incerteza ou erro nas duas medições é grande o suficiente para significar que elas não discordam de maneira estatisticamente significativa. O que isso significa simplesmente é que ninguém pode ter certeza de que as duas medidas realmente discordam. Pode ser que as discrepâncias surjam por acaso de flutuações estatísticas nos dados ou pequenos efeitos instrumentais que não foram considerados.
Até os autores do estudo sugerem cautela aqui. As medidas de DES ainda não foram revisadas por pares. Os trabalhos foram submetidos para publicação e os resultados apresentados em conferências, mas conclusões firmes devem esperar até que os relatórios dos árbitros cheguem.
Então, qual é o futuro? O DES tem uma missão de cinco anos, dos quais quatro anos de dados foram registrados. O resultado anunciado recentemente usa apenas os dados do primeiro ano. Dados mais recentes ainda estão sendo analisados. Além disso, o conjunto completo de dados cobrirá 5.000 graus quadrados do céu, enquanto o resultado recente cobre apenas 1.500 graus quadrados e os pares apenas metade do caminho de volta no tempo. Assim, a história claramente não está completa. Uma análise do conjunto completo de dados não será esperada até 2020.
No entanto, os dados obtidos hoje já podem significar que há uma possível tensão em nossa compreensão da evolução do universo. E, mesmo que essa tensão desapareça à medida que mais dados são analisados, a colaboração do DES continua a fazer outras medições. Lembre-se de que as letras "DE" no nome representam energia escura. Esse grupo poderá nos dizer algo sobre o comportamento da energia escura no passado e o que podemos esperar ver no futuro. Essa medição recente é apenas o começo do que se espera ser um tempo cientificamente fascinante.
Esta versão do artigo foi publicada originalmente no Live Science.
