Mapa da distribuição da matéria escura no Universo

© Dark Energy Survey (mapa da distribuição de galáxias e da matéria negra)

Uma equipe internacional de pesquisadores desenvolveu um novo mapa da distribuição da matéria escura no Universo usando dados do Dark Energy Survey (DES).

Cientistas do levantamento DES lançaram o primeiro de uma série de mapas de matéria negra do cosmos. Estes mapas, criados como resultado da análise das imagens de uma das câmeras digitais mais poderosas do mundo, a DECam, são os maiores mapas contíguos criados nesse nível de detalhe e irão melhorar a nossa compreensão do papel de matéria negra na formação de galáxias. Análise do grau de aglomeração da matéria negra nestes mapas também permitirá aos cientistas sondar a natureza da misteriosa energia negra, que se acredita estar causando a expansão acelerada do Universo.

A matéria negra, misteriosa substância que compõe cerca de um quarto do Universo, é invisível para até mesmo os instrumentos astronômicos mais sensíveis, pois não emite nem absorve a luz. No entanto, os seus efeitos podem ser vistos através do estudo de um fenômeno chamado de lente gravitacional, que é a distorção que ocorre quando a força gravitacional da matéria negra curva a trajetória de um raio de luz proveniente de galáxias distantes. Compreender o papel da matéria negra faz parte do programa de pesquisa para quantificar o papel da energia negra, objetivo final da pesquisa conduzida pelos participantes do levantamento DES.

Esta análise foi liderada por Vinu Vikram do Argonne National Laboratory (EUA) e Chihway Chang da ETH , de Zurique (Suíça). Vikram , Chang e seus colaboradores de outras instituições participantes do DES trabalharam por mais de um ano para validar cuidadosamente os ‘mapas de lentes’. “Nós medimos distorções quase imperceptíveis nas formas de cerca de dois milhões de galáxias para construir estes novos mapas,” disse Vikram. “Eles são um testemunho, não só da sensibilidade da câmera do DES, mas também do trabalho rigoroso por nossa equipe para compreender sua sensibilidade tão bem que podemos obter resultados precisos”.

A câmera foi construída e testada no Fermi National Accelerator Laboratory, Estados Unidos, e agora está montada no telescópio Blanco de 4 metros, no Observatório de Cerro Tololo, Chile. Os dados foram processados no Nacional Center for Supercomputing Applications, Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, EUA.

O mapa de matéria negra recém divulgado faz uso das observações iniciais do DES e cobre apenas três por cento da área do céu que o levantamento irá cobrir ao final de sua missão de cinco anos. A pesquisa acaba de completar seu segundo ano, mas na medida que a busca for expandida, será possível testar as teorias cosmológicas em voga, pela comparação entre as quantidades de matéria negra e visível.

Essas teorias sugerem que, uma vez que há muito mais matéria negra no Universo do que a matéria visível, galáxias se formarão onde grandes concentrações de matéria negra estão presentes. Até agora, a análise dos cientistas do DES corrobora esta afirmação. Os mapas mostram grandes filamentos de matéria ao longo do qual as galáxias visíveis e aglomerados de galáxias se encontram e vazios cósmicos onde poucas galáxias residem. Estudos de acompanhamento de alguns dos enormes filamentos e vazios, e o enorme volume de dados, coletados durante a pesquisa vai revelar mais sobre esta interação da matéria com a luz.

“Nossa análise, até o momento, está de acordo com o modelo dominante que descreve o Universo,” disse Chang. “Nós estamos ansiosos para usar os novos dados que estão sendo reduzidos para fazer testes muito mais rigorosos de modelos teóricos.”

Ampliando os mapas possibilitará medir como a matéria negra envolve galáxias de diferentes tipos, e como juntos eles evoluem ao longo do tempo cósmico. A relação entre a distribuição de galáxias e o mapa de matéria negra é próximo ao previsto por modelos teóricos baseados em simulações cosmológicas que incluem uma expansão acelerada do Universo.

O mapa irá funcionar como uma ferramenta valiosa para a cosmologia, desvendando o mistério da matéria e da energia negra.

Neste trabalho recém submetido a publicação participam 6 afiliados do Laboratório Interinstitucional de e-Astronomia (LIneA), que apoiam um grupo de cientistas brasileiros através do consórcio DES-Brazil.

A pesquisa aparece em dois artigos, Vikram et al, “Wide-Field Lensing Mass Maps from the DES Science Verification Data: Methodology and Detailed Analysis,” na Physical Review D (no prelo) e Chang et al, “Wide-Field Lensing Mass Maps from DES Science Verification Data,” publicado em 24 de junho na Physical Review Letters.

Fonte: Argonne National Laboratory & LIneA