Por muitos anos, os cientistas foram incapazes de encontrar um pedaço de matéria no universo. Materiais publicados recentemente mostram onde ela está se escondendo.
Os astrônomos finalmente encontraram as últimas peças que faltavam no universo. Eles estão escondidos desde meados da década de 1990 e, em algum momento, os pesquisadores decidiram fazer um inventário de toda a matéria "normal" no espaço, incluindo estrelas, planetas, gás - ou seja, tudo o que consiste em partículas atômicas. (Isso não é "matéria escura", que é um mistério à parte.) Os cientistas tinham uma ideia bastante clara de quanto deveria ser essa matéria, com base nas conclusões de estudos teóricos sobre sua origem na época do Big Bang. Estudos da radiação cósmica de fundo (os restos de luz do Big Bang) posteriormente confirmaram essas estimativas iniciais.
Eles juntaram todo o material que puderam ver: estrelas, nuvens de gás e assim por diante. Ou seja, todos os chamados bárions. Eles representaram apenas 10% do que deveria ter sido. E quando os cientistas chegaram à conclusão de que a matéria comum representa apenas 15% de toda a matéria do Universo (o resto é matéria escura), naquela época eles tinham inventariado apenas 1,5% de toda a matéria do Universo.
Depois de realizar uma série de estudos, os astrônomos encontraram recentemente os últimos pedaços de matéria comum do universo. (Eles ainda estão perplexos, sem saber do que é feita a matéria escura.) E embora tenha demorado muito para pesquisar, os cientistas encontraram exatamente onde esperavam encontrá-la: nas enormes ondas de gases quentes que ocupam os vazios entre as galáxias. Mais precisamente, eles são chamados de ambiente intergalático quente-quente (WHIM).
As primeiras indicações de que vastas regiões de gás essencialmente invisível poderiam existir entre as galáxias vieram de simulações de computador em 1998. “Queríamos ver o que estava acontecendo com todo esse gás no universo”, disse o cosmologista Jeremiah Ostriker, da Universidade de Princeton, que construiu um desses modelos com seu colega Renyue Cen. Esses cientistas modelaram o movimento do gás no universo sob a influência da gravidade, luz, explosões de supernovas e todas as forças que movem a matéria através do espaço. “Descobrimos que o gás se acumula em filamentos detectáveis”, disse Ostricker.
Mas eles não conseguiram encontrar esses fios - então.
"Desde os primeiros dias da modelagem cosmológica, ficou claro que uma parte significativa da matéria bariônica existe em uma forma difusa quente fora das galáxias", disse um astrofísico da Universidade de Liverpool. John Moores Ian McCarthy. Os astrônomos pensaram que esses bárions quentes corresponderiam a uma superestrutura cósmica feita de matéria escura invisível que preenche os vazios gigantes entre as galáxias. A força de atração da matéria escura deve atrair gás e aquecê-lo a uma temperatura de vários milhões de graus. Infelizmente, encontrar gás quente e rarefeito é extremamente difícil.
Para descobrir os fios ocultos, duas equipes de cientistas, independentemente, começaram a procurar distorções precisas da radiação da relíquia (brilho residual do Big Bang). Como a luz do universo primitivo flui pelo espaço sideral, ela pode ser afetada pelas regiões por onde passa. Em particular, os elétrons em um gás ionizado quente (que constitui um meio intergaláctico quente-quente) devem interagir com os prótons da radiação relíquia, de tal forma que isso forneça energia adicional aos prótons. Conseqüentemente, o espectro do CMB deve ser distorcido.
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Infelizmente, mesmo os melhores mapas CMB (obtidos do satélite Planck) não mostravam tais distorções. Ou não havia gás ou o impacto era muito fraco e imperceptível.
Mas os cientistas das duas equipes estavam determinados a torná-lo visível. Eles sabiam por modelos de computador do universo, nos quais mais e mais detalhes apareciam, que o gás deveria se estender entre galáxias massivas como uma teia de aranha no peitoril de uma janela. O satélite Planck em nenhum lugar foi capaz de ver o gás entre pares de galáxias. Então, os pesquisadores criaram uma maneira de amplificar um sinal fraco um milhão de vezes.
Primeiro, eles escanearam catálogos de galáxias conhecidas na tentativa de encontrar os pares que estavam procurando, ou seja, galáxias que são massivas o suficiente e tão distantes umas das outras que uma teia de gás bastante densa poderia aparecer entre elas. Os astrofísicos então voltaram aos dados do satélite, localizaram cada par de galáxias e essencialmente esculpiram aquela região no espaço com uma tesoura digital. Com mais de um milhão de recortes nas mãos (é o quanto tinha a equipe da pós-graduação Anna de Graaff da Universidade de Edimburgo), eles começaram a girá-los, aumentá-los e reduzi-los de forma que todos os pares de galáxias fossem visíveis na mesma posição. Depois disso, eles sobrepuseram um milhão de pares de galáxias Entre si.(Uma equipe de pesquisadores liderada por Hideki Tanimura do Instituto de Astrofísica Espacial em Orsay reuniu 260.000 pares de galáxias.) E então os filamentos individuais, representando filamentos fantasmagóricos de gás quente rarefeito, de repente se tornaram visíveis.
Esse método tem suas desvantagens. De acordo com o astrônomo Michael Shull, da University of Colorado Boulder, a interpretação dos resultados requer certas suposições sobre a temperatura e a distribuição do gás quente no espaço. E com sinais sobrepostos, “há sempre a preocupação com os 'sinais fracos' que resultam da combinação de uma grande quantidade de dados. "Como às vezes é o caso com pesquisas sociológicas, você pode obter resultados errôneos quando valores discrepantes ou erros de amostragem aleatória aparecem na análise que distorcem as estatísticas."
Com base em parte nessas considerações, a comunidade astronômica recusou-se a considerar o problema como resolvido. Um método independente era necessário para medir gases quentes. Neste verão ele apareceu.
Efeito Beacon
Enquanto os dois primeiros grupos de pesquisadores estavam sobrepondo sinais um ao outro, a terceira equipe começou a agir de maneira diferente. Esses cientistas começaram a observar um quasar distante, como chamam um objeto brilhante a bilhões de anos-luz de distância, para detectar gás no espaço intergaláctico supostamente vazio pelo qual sua luz passa. Era como examinar um feixe de um farol distante para analisar a névoa que se acumulou ao redor.
Normalmente, quando os astrônomos fazem tais observações, procuram a luz absorvida pelo hidrogênio atômico, já que este elemento é o maior do universo. Infelizmente, neste caso, essa opção foi excluída. O meio intergaláctico morno-quente é tão incandescente que ioniza o hidrogênio, privando-o de seu único elétron. O resultado é um plasma de prótons e elétrons livres que não absorvem luz.
Portanto, os cientistas decidiram procurar outro elemento - o oxigênio. O oxigênio em um meio intergalático morno-quente é muito menor do que o hidrogênio, mas o oxigênio atômico tem oito elétrons, enquanto o hidrogênio tem um. Devido ao calor, a maioria dos elétrons voa para longe, mas não todos. Essa equipe de pesquisa, liderada por Fabrizio Nicastro, do Instituto Nacional de Astrofísica de Roma, rastreou a luz absorvida pelo oxigênio, que perdeu seis de seus oito elétrons. Eles descobriram duas regiões de gás intergaláctico quente. “O oxigênio dá uma pista que indica a presença de um volume muito maior de hidrogênio e hélio”, disse Schull, que está na equipe de Nikastro. Os cientistas então compararam a quantidade de gás que encontraram entre a Terra e o quasar com o universo como um todo. O resultado mostrou que encontraram os 30% em falta.
Esses números também são bastante consistentes com as conclusões do estudo da CMB. “Nossas equipes analisaram diferentes peças do mesmo quebra-cabeça e chegaram à mesma conclusão, o que nos dá confiança, dada a diferença nos métodos de pesquisa”, disse o astrônomo Mike Boylan-Kolchin, da Universidade do Texas em Austin.
O próximo passo, disse Shull, deve ser observar mais quasares com uma nova geração de raios-X e telescópios ultravioleta com maior sensibilidade. “O quasar que vimos foi o melhor e mais brilhante farol que pudemos encontrar. Outros serão menos brilhantes e as observações durarão mais”, disse ele. Mas por hoje a conclusão é clara. “Concluímos que a matéria bariônica ausente foi encontrada”, escreveram os cientistas.
Katya Moskvich (KATIA MOSKVITCH)
