Como as maiores estruturas do Universo podem revelar a natureza da energia escura

crédito: D. Long, SDSS-III

O padrão de furos na bela placa de alumínio da foto acima foi perfurado para combinar com o arranjo das galáxias em um trecho particular do céu. Do tamanho de tampas de esgoto, 2.200 dessas placas são usadas, uma de cada vez, por uma hora no foco primário do telescópio de 2,5 metros do Apache Point Observatory, Novo México, EUA. Quando o telescópio aponta na direção certa, a luz de cada galáxia passa pelo seu respectivo furo. Essa luz é então decomposta em seus comprimentos de onda constituintes e usada para determinar o quão rápido cada galáxias está se afastando de nós, por conta da incessante expansão do espaço do Universo, que está sendo acelerada pela misteriosa energia escura.

Esse estudo chamado de BOSS (Varredura Espectroscópica de Oscilações Bariônicas, em inglês) é o destaque de uma reportagem de Eric Hand, publicada na Nature desta semana. O BOSS começou em 2009 e deve até o seu final coletar dados de 1,5 milhões de galáxias. Seu objetivo é determinar se a influência da energia escura tem permanecido constante ou variou sutilmente ao longo dos bilhões de anos da história cósmica.

Segundo Hand, até agora, os dados coletados do BOSS deram a sua equipe:

(…) um vislumbre da estrutura cósmica ao mostrar onde as galáxias estão se aglomerando, como as cristas de ondas gigantes. A estrutura é uma rélica de um universo muito menor e mais jovem, no qual ondas acústicas reverberaram através do plasma denso e quente que ainda não havia resfriado o suficiente para formar estrelas e galáxias. Essas ondas chamadas de oscilações acústicas bariônicas (BAOs), empurraram a matéria para dentro de regiões de alta ou baixa concentração, espaçadas igualmente uma das outras – um padrão que evoluiu, em épocas posteriores, em paredões e filamentos de galáxias que são as maiores estruturas no Universo.

Detectadas pela primeira vez em 2005, o espaçamento regular entre as estruturas cria uma régua cósmica natural. No universo atual, esse espaçamento é de cerca de 150 megaparsecs (500 milhões de anos-luz). Ao detectar desvios dessa régua, o BOSS oferece a restrição mais firme até agora sobre a influência da energia escura.

Varreduras de poderosas explosões conhecidas como supernovas tipo Ia forneceram as primeiras pistas da energia escura em 1998. Acredita-se que essas supernovas alcancem o mesmo pico de brilho, permitindo que sejam usadas como velas padrões para determinar as distâncias de suas galáxias hospedeiras. Quando esses dados são combinados com medidas de quão rápido as supernovas estão recuando, eles revelam que a expansão do Universo está acelerando em vez de desacelerar sobre influência da gravidade. Uma explicação é que a energia escura é a “constante cosmológica”, uma pressão repulsiva inata ao vácuo do espaço. O BOSS é esperado estreitar a incerteza desse modelo em alguns por cento. LINK

Dia 11 de janeiro, a equipe do BOSS deve anunciar seus achados iniciais, baseados em dados de 470 mil galáxias, no encontro da Sociedade Astronômica Americana, em Austin, Texas, EUA.

As oscilações acústicas bariônicas (em roxo) surgiram na mesma época que a radiação cósmica de fundo (à esquerda), 300 mil anos depois do big bang, quando o universo se tornou transparente a radiação eletromagnética. Eventualmente essas oscilações deram origem a maneira como as galáxias estão organizadas. Crédito: Chris Blake e Sam Moorfield

Nos planos dos astrônomos está o BigBOSS que a partir de 2018 vai passar cinco anos observando 20 milhões de galáxias tão distantes quanto 10 bilhões de anos-luz, junto com 4 milhões de quasares, os núcleos luminosos de galáxias ainda mais distantes. Isso permitira traçar a influência da energia escura ao longo de quase todas a história cósmica e discernir se ela realmente tem permanecido constante.

Segundo Hand, os experimentos observando BAOs, como o BOSS e o australiano WiggleZ, começam a ganhar importância justo quando os estudos de supernovas chegam no seu limite, devido a incertezas no brilho das explosões.

Hand também cita outro tipo de observação que pode dar pistas sobre a energia escura, que mede o quanto a gravidade de grandes aglomerados de matéria distorcem a luz de galáxias mais distantes, as chamadas lentes gravitacionais fracas. O experimento Dark Energy Survey (DES), que conta com pesquisadores brasileiros, deve começar ainda este ano a capturar imagens de 300 milhões de galáxias com uma câmera de 570-megapixels instalada em um telescópio no Chile. Um dos desafios do DES será dar conta da cintilação da atmosférica, fenômeno que não interfere tanto assim nas observações do espectro de galáxias que o BOSS faz.

lente gravitacional fraca obtida pelo telescópio Hubble

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