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ago 03

A colaboração DES – DARK ENERGY SURVEY – revela a mais precisa medição da estrutura da matéria escura no Universo

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Esse mapa da matéria escura criado a partir de medições de lentes gravitacionais registrou 26 milhões de galáxias na colaboração DES (Dark Energy Survey). O mapa cobre cerca de 1/30 do céu e abrange vários bilhões de anos-luz em extensão. As regiões vermelhas têm mais matéria escura do que a média e as regiões azuis possuem menos matéria escura. Créditos: Chihway Chang, do Instituto Kavli para Física Cosmológica, da Universidade de Chicago juntamente com a colaboração DES

Imagine você plantando uma única semente e, com grande precisão, você consegue ser capaz de prever a altura exata da árvore a partir da qual ela crescerá. Agora, imagine você viajando para o futuro e capturando fotografias que provam que você estava certo em suas estimativas.

Se pensarmos na semente como o Universo primordial e na árvore como sendo o Universo atual, em nossa vizinhança cósmica, temos uma ideia do que a colaboração DES (Dark Energy Survey) acabou de fazer. Em uma apresentação da Divisão de Partículas e Campos da Sociedade Física Americana no Laboratório Nacional do Acelerador Fermi do Departamento de Energia dos EUA, os cientistas da colaboração DES revelaram a medição mais precisa, já realizada, da atual estrutura em larga escala do Universo.

Estas medidas da quantidade e distribuição da matéria escura no Cosmos atual foram feitas com uma precisão tal que, pela primeira vez, rivaliza com as inferências do Universo primordial fornecidas pelo observatório espacial Planck da ESA (Agência Espacial Europeia). O novo resultado da DES (equivalente a ‘árvore’, na metáfora acima) está perto das “previsões” feitas a partir das medições do Planck no passado distante (equivalente a ‘semente’), permitindo com que os cientistas saibam mais sobre as formas como o Universo evoluiu ao longo de 14 bilhões de anos.

Scott Dodelson do Fermilab, um dos cientistas líderes do trabalho que gerou este resultado, declarou:

Este resultado é além do esperado. Pela primeira vez, somos capazes de ver a atual estrutura do Universo com a mesma clareza com que podemos ver a sua infância e podemos seguir os ‘entrelaçamentos ou ligações’ de uma para a outra, confirmando muitas previsões ao longo do caminho.

Mais notavelmente, este resultado suporta a teoria de que 26% do Universo atual está sob a forma da misteriosa matéria escura e que o espaço está preenchido por uma energia escura igualmente invisível, que está acelerando a expansão do Universo e consiste de 70% do Universo atual.

Paradoxalmente, é mais fácil medir a distribuição a larga escala do Universo em seu passado distante do que na atualidade. Nos primeiros 400.000 anos após o evento do Big Bang, o Universo estava preenchido por um gás incandescente, cuja radiação persiste até hoje em dia. O mapa desta radiação cósmica de fundo em micro-ondas, pelo Planck, nos dá uma ‘fotografia’ do Universo naquela época primordial. Desde então, a gravidade da matéria escura aglomerou a matéria e tornou o Universo mais “agrupado” com o passar do tempo. Mas a energia escura tem lutado contra isto, afastando a matéria. Usando o mapa do Planck como um começo, os cosmologistas podem calcular com precisão como é que esta batalha se desenvolve ao longo de 14 bilhões de anos.

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Esta imagem da galáxia NGC 1398 foi capturada com a câmera da DEC. Esta galáxia está localizada no aglomerado de galáxias da Fornalha, que reside a cerca de 65 milhões de anos-luz da Terra. NGC 1398 mede 135.000 anos-luz em diâmetro, ou seja, é um pouco maior que a Via Láctea e contém mais de 1 bilhão de estrelas. Crédito: Dark Energy Survey

Joe Zuntz, membro da Universidade de Edimburgo, que trabalhou na análise, explicou:

As medições da colaboração DES, quando comparadas com o mapa fornecido pelo observatório espacial Planck da ESA, suportam a versão mais simples da teoria da matéria escura/energia escura. O momento em que percebemos que a nossa medição coincidia com o resultado do Planck dentro de uma margem de 7% foi emocionante para a toda a colaboração DES.

O instrumento primário da colaboração DES é a câmera DEC (Dark Energy Camera) de 570 megapixels, um dos mais poderosos dispositivos desse tipo atualmente em operação. A DEC é capaz de capturar imagens digitais da luz de galáxias a oito bilhões de anos-luz da Terra. A câmera foi construída e testada no FERMILAB (o laboratório principal da colaboração DES) e está acoplada ao Telescópio Blanco de 4 metros da NSF (National Science Foundation), parte do Observatório Interamericano de Cerro Tololo no Chile, uma divisão do NOAO (National Optical Astronomy Observatory). Os dados da DES são processados pelo NCSA (National Center for Supercomputing Applications) da Universidade de Illinois situado em Urbana-Campaign, EUA.

Os cientistas da colaboração DES estão usando a câmera para mapear um-oitavo do céu em detalhes sem precedentes ao longo de cinco anos. O quinto ano de observações começa neste mês de agosto de 2017. Os novos resultados, divulgados a semana passada, foram recolhidos apenas durante o primeiro ano do levantamento, que cobriu uma região que corresponde a 1/30 do céu.

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Composição das estrelas acima do Observatório Interamericano de Cerro Tololo no Chile. Créditos: Reidar Hahn/Fermilab

Nigel Sharp, Diretor do Programa do NSF (National Science Foundation Program) comentou:

É surpreendente que o time tenha conseguido atingir esta precisão apenas no primeiro ano do trabalho de levantamento. Agora que as suas técnicas de análise estão desenvolvidas e testadas, aguardamos com ansiosa antecipação resultados desbravadores à medida que a pesquisa prossegue.

Os cientistas da colaboração DES usaram dois métodos para medir a matéria escura. Primeiro, criaram mapas das posições das galáxias criando marcos e, em segundo lugar, mediram com precisão as formas de 26 milhões de galáxias para mapear diretamente os padrões da matéria escura ao longo de bilhões de anos-luz, usando a técnica das lentes gravitacionais.

Para fazer estas medições altamente precisas, o time da DES desenvolveu novos métodos de detectar pequenas distorções devidas ao efeito de lente nas imagens das galáxias, um efeito invisível ao olho humano, permitindo avanços revolucionários na compreensão desses sinais cósmicos. No processo, criaram a maior guia para rastrear a matéria escura no cosmos já projetado. O novo mapa da matéria escura tem 10 vezes o tamanho do divulgado em 2015 pela DES e, eventualmente, será três vezes maior do que é agora.

Erin Sheldon, física do Laboratório Nacional Brookhaven do Departamento de Energia (DOE) dos EUA, que co-desenvolveu o novo método para detectar distorções de lente gravitacional, exclamou:

É um enorme esforço do time e o ápice de anos de trabalho focado.

Nigel Lockyer, Diretor do Fermilab, concluiu:

A colaboração DES já forneceu algumas descobertas e medições notáveis e mal ainda começamos a vasculhar os seus dados. Estes resultados indicam os grandes passos que a DES fará para entender a energia escura ao longo dos próximos anos.

No vídeo acima agrupamentos e filamentos de matéria escura (áreas negras) servem como base para a formação de estruturas cósmicas feitas de matéria convencional bariônica (área claras brilhantes) que agregam estrelas galáxias e aglomerados de galáxias. Créditos do vídeo: Yao-Yuan Mao/  Risa Wechsler/  Ralf Kaehler/Stanford University / SLAC National Accelerator Laboratory

Fontes

SLAC: Standard Model of the Universe Withstands Most Precise Test by Dark Energy Survey

FERMILAB: Dark Energy Survey reveals most accurate measurement of dark matter structure in the universe

Artigos Científicos Cosmológicos da Colaboração DES (primeiro ano)

._._.

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