Os cientistas acabaram de mapear a estrutura oculta que mantém o Universo unido

A investigação, que inclui astrónomos da Universidade de Durham, no Reino Unido, fornece uma nova visão sobre como esta substância invisível ajudou a unir a matéria comum, formando galáxias como a Via Láctea e, eventualmente, planetas como a Terra.

As descobertas são baseadas em novas observações do Telescópio Espacial James Webb da NASA (Webb) e são publicadas na revista Astronomia da Natureza.

O estudo internacional foi liderado conjuntamente pela Durham University, pelo Jet Propulsion Laboratory (JPL) da NASA e pela École Polytechnique Fédéral de Lausanne (EPFL), na Suíça.

Como a matéria escura moldou o universo que vemos hoje

O mapa recém-criado confirma estudos anteriores, ao mesmo tempo que revela detalhes mais sutis sobre a relação entre a matéria escura e a matéria normal que constitui tudo o que podemos ver, tocar e interagir.

No início do Universo, tanto a matéria escura como a matéria comum provavelmente estavam espalhadas pelo espaço. Os cientistas acreditam que a matéria escura começou a se aglomerar primeiro. A sua gravidade atraiu então a matéria normal, criando regiões densas onde estrelas e galáxias poderiam começar a formar-se.

Este processo estabeleceu o padrão geral de como as galáxias estão distribuídas pelo Universo hoje. Ao permitir que galáxias e estrelas se formassem mais cedo do que normalmente aconteceriam, a matéria escura também ajudou a criar as condições necessárias para o desenvolvimento dos planetas. Sem esta influência inicial, os elementos necessários à vida talvez nunca se tivessem formado na nossa galáxia.

Gavin Leroy, co-autor principal da pesquisa, do Instituto de Cosmologia Computacional, Departamento de Física da Universidade de Durham, disse: “Ao revelar a matéria escura com uma precisão sem precedentes, nosso mapa mostra como um componente invisível do Universo estruturou a matéria visível a ponto de permitir o surgimento de galáxias, estrelas e, finalmente, da própria vida.

“Este mapa revela o papel invisível mas essencial da matéria escura, a verdadeira arquiteta do Universo, que gradualmente organiza as estruturas que observamos através dos nossos telescópios.”

Detectando o invisível através da gravidade

A matéria escura não pode ser vista diretamente porque não emite, reflete, absorve ou bloqueia a luz. Ele também se move através da matéria comum sem interagir com ela, como um fantasma.

Sua presença é detectada através da gravidade. O novo mapa mostra esse efeito com maior clareza do que nunca. Uma evidência importante é o quão próximos os mapas da matéria escura se alinham com os mapas da matéria normal.

Segundo os pesquisadores, as observações de Webb mostram que esse alinhamento não é acidental. Em vez disso, reflete a atração gravitacional da matéria escura, atraindo a matéria normal em sua direção ao longo da história do Universo.

O coautor da pesquisa, Professor Richard Massey, do Instituto de Cosmologia Computacional do Departamento de Física da Universidade de Durham, disse: “Onde quer que você encontre matéria normal no Universo hoje, você também encontra matéria escura.

“Bilhões de partículas de matéria escura passam pelo seu corpo a cada segundo. Não há mal nenhum, eles não nos notam e simplesmente seguem em frente.

“Mas toda a nuvem rodopiante de matéria escura em torno da Via Láctea tem gravidade suficiente para manter toda a nossa galáxia unida. Sem matéria escura, a Via Láctea se separaria.”

A Visão Profunda do Cosmos de Webb

O mapa cobre uma região do céu cerca de 2,5 vezes o tamanho da Lua cheia, localizada na constelação de Sextans.

Webb observou esta área durante aproximadamente 255 horas e identificou cerca de 800.000 galáxias, muitas delas vistas pela primeira vez. Para localizar a matéria escura, a equipa mediu como a sua massa curva o espaço, que por sua vez curva a luz que viaja para a Terra vinda de galáxias distantes – como se essa luz tivesse passado através de uma vidraça deformada.

O mapa resultante inclui cerca de dez vezes mais galáxias do que os mapas terrestres anteriores da mesma região e duas vezes mais do que os produzidos pelo Telescópio Espacial Hubble. Revela novas concentrações de matéria escura e fornece uma visão muito mais nítida de áreas anteriormente observadas pelo Hubble.

A co-autora principal da pesquisa, Dra. Diana Scognamiglio, do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, disse:”Este é o maior mapa de matéria escura que fizemos com Webb, e é duas vezes mais nítido que qualquer mapa de matéria escura feito por outros observatórios.

“Anteriormente, observávamos uma imagem desfocada da matéria escura. Agora vemos a estrutura invisível do Universo com detalhes impressionantes, graças à incrível resolução do Webb.”

Instrumentos e Exploração Futura

Para melhorar as medições de distância para muitas das galáxias no mapa, a equipe de pesquisa usou o Mid-Infrared Instrument (MIRI) de Webb.

O Centro de Astronomia Extragaláctica da Universidade de Durham contribuiu para o desenvolvimento do MIRI, que foi projetado e gerenciado através do lançamento pelo JPL. O instrumento é especialmente eficaz na detecção de galáxias escondidas atrás de espessas nuvens de poeira cósmica.

A equipe planeja expandir seu trabalho mapeando a matéria escura em todo o Universo usando o telescópio Euclid da Agência Espacial Europeia (ESA) e o próximo Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA. Estas observações futuras ajudarão os cientistas a compreender melhor as propriedades básicas da matéria escura e como esta pode ter evoluído ao longo do tempo cósmico.

A região do céu analisada neste estudo servirá como ponto de referência, permitindo que futuros mapas de matéria escura sejam comparados e refinados com maior precisão.

A pesquisa mais recente foi financiada pela NASA, o RCUK/Conselho de Instalações de Ciência e Tecnologia (STFC), a Secretaria de Estado Suíça para Educação, Pesquisa e Inovação (SERI), RCUK/STFC Central Laser Facility no Laboratório STFC Rutherford Appleton e o Centre National d’Etudes Spatiales.