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Astrônomos dizem ter encontrado muitos dos átomos desaparecidos do Universo

Supercomputer simulations model how galaxies and galactic clusters grow in long filamentary structures known as the cosmic web.

Por Adam Mann
Publicado na Science

Se você fica frustado por não encontrar sua chave, imagine o que os astrônomos sentem. Durante anos eles não conseguiram localizar cerca de metade dos átomos que acham que o universo deveria conter. Agora, os pesquisadores rastrearam muitas coisas faltantes usando a radiação do universo primitivo que age um pouco como um laser que ilumina uma fumaça ondulante. A descoberta ajuda a solidificar nossa compreensão de como o universo evoluiu ao longo do tempo.

 Os cosmólogos sabem aproximadamente quanto hidrogênio e hélio foram criados durante os primeiros 20 minutos após o Big-bang. Esses números são corroborados por estudos do pós-brilho do Big-bang — o chamado fundo de microondas cósmicas (cosmic microwave background ou CMB) — o que sugere que nosso universo é composto de aproximadamente 70% de energia escura, 23% de matéria escura e apenas 4,6% da normal , ou bariônica. No entanto, estrelas e galáxias representam cerca de apenas 10% da matéria ordinária inferida, e todos os pesquisadores disseram que não podem representar nem a metade dos átomos que eles pensam que deveriam existir.

“Isso é embaraçoso, como você pode imaginar”, diz o astrônomo Renyue Cen, da Universidade de Princeton, que não estava envolvido no novo trabalho. “Não só temos a maior parte da matéria, que é escura, e a maior parte da energia que ainda é mais escura; mas os 5% que são átomos “normais”, a maioria está faltando”.

Os pesquisadores pensam que sabem onde estão os bárions. De acordo com o modelo cosmológico padrão, que prevê como o universo cresceu e mudou desde os seus primeiros dias, o universo está cheio de enormes vertentes de matéria escura e as galáxias estão incorporadas nesta “chamada rede cósmica”. Os cientistas levantam a hipótese de que os átomos desaparecidos estão em nuvens difusas de alongamento de gás altamente ionizado entre as galáxias. Conhecida como matéria intergaláctica warm-hot (WHIM), esse gás de um milhão de graus brilha em raios-x, mas é tão fino que é muito difícil de ver. Usando observatórios que podem ver a radiação ultravioleta, como o Telescópio Espacial Hubble, os astrônomos descobriram WHIM suficiente para representar cerca de 50% a 70% dos bárions desaparecidos — deixando uma fração significativa não reconhecida.

No novo trabalho, uma equipe da Universidade de Edimburgo tentou provocar o WHIM em redes filamentares usando uma fonte inteiramente diferente de iluminação: o próprio CMB. À medida que o universo se expandia, os fótons no CMB se estendiam para comprimentos de onda mais longos e arrefeceram para alguns graus acima do zero absoluto nos dias atuais. Quando esses fótons atingem os elétrons na rede cósmica, eles podem ganhar energia e seus comprimentos de onda diminuem em uma pequena quantidade, em um fenômeno conhecido como o efeito Sunyaev-Zel’dovich (SZ). Então, procurando o efeito SZ, os pesquisadores podem rastrear o WHIM na teia cósmica.

O efeito SZ é extraordinariamente fraco, reduzindo o comprimento de onda do fóton em cerca de uma parte em 10 milhões. Para obter um sinal suficientemente forte para vê-lo, os pesquisadores levaram 1 milhão de pares de galáxias encontradas no Sloan Digital Sky Survey, todos separados por uma distância similar e empilharam suas imagens juntas. Com certeza, eles conseguiram discernir o efeito SZ nas imagens amalgamadas, fornecendo uma estimativa da quantidade de matéria barônica quente que modifica os fotons de microondas frígidos , como eles relatam em um artigo publicado no site de pré-impressão ARXiv em 29 de setembro.

Os resultados sugerem que a matéria na teia cósmica é aproximadamente seis vezes mais densa do que a média universal, o suficiente para incluir cerca de 30% da massa faltante. Um estudo independente publicado no arXiv em 15 de setembro, usando a técnica SZ em 260 mil pares de galáxias, chegou a uma conclusão semelhante .

Alguns especialistas têm reservas sobre as descobertas. “Há algumas suposições que fizeram que me preocupam”, diz o astrônomo J. Michael Shull, da Universidade do Colorado, em Boulder. “Eles assumiram que todo o gás nos filamentos está bem ao longo da linha de visão entre as duas galáxias; e isso provavelmente não está certo. “É mais provável um arranjo 3D mais complicado de material, ele observa.

Provavelmente levará um grande telescópio de raios-x da próxima geração para finalmente identificar toda a matéria bariônica em falta. Uma vez que isso acontece, a técnica de efeito SZ poderia fornecer uma maneira independente de confirmar suas descobertas, diz Cen.

Fonte: Astrônomos dizem ter encontrado muitos dos átomos desaparecidos do Universo

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