ESO: a matéria escura pode ser mais uniforme do que se esperava

Estudo detalhado de uma grande área do céu feito com base em dados do VST revela resultado intrigante

Mapa da matéria escura da região G9 do levantamento KiDS. Este mapa de matéria escura no Universo foi obtido a partir de dados do levantamento KiDS, efetuado pelo Telescópio de Rastreamento do VLT, instalado no Observatório do Paranal do ESO, no Chile. O mapa revela-nos uma rede extensa de regiões densas (iluminadas) e vazias (escuras). Esta imagem corresponde a uma das cinco regiões do céu observadas pelo KiDS. A matéria escura invisível está em cor de rosa e cobre uma área do céu de cerca de 280 vezes o tamanho da Lua Cheia. Esta imagem reconstruída foi criada a partir da análise da radiação coletada de mais de 2 milhões de galáxias distantes, situadas a mais de 6 bilhões de anos-luz de distância da Terra. As imagens das galáxias observadas estavam distorcidas pela atração gravitacional da matéria escura, que ocorre à medida que a radiação emitida pelas galáxias viaja através do Universo. Podemos ver na imagem algumas regiões escuras pequenas com fronteiras pronunciadas, que correspondem à localização de estrelas brilhantes e outros objetos próximos que se encontravam no trajeto da radiação emitida pelas galáxias mais distantes e que foram, por isso, retiradas destes mapas, já que nestas regiões não podemos medir nenhum sinal de lente gravitacional fraca. Créditos: Kilo-Degree Survey Collaboration/H. Hildebrandt & B. Giblin/ESO

A análise de um enorme levantamento de galáxias, obtido pelo Telescópio de Rastreamento do VLT do ESO (VST) no Chile, sugere que a matéria escura pode ser menos densa e estar distribuída de forma mais uniforme no espaço do que o que se pensava anteriormente. Uma equipe internacional de astrônomos utilizou dados do Rastreamento KiDS (Kilo Degree Survey) para estudar como é que a radiação emitida por cerca de 15 milhões de galáxias distantes é afetada pela influência gravitacional da matéria das estruturas com maiores escalas do Universo. Os resultados do estudo parecem estar em desacordo com resultados anteriores obtidos com o satélite Planck.

Hendrik Hildebrandt do Argelander-Institut für Astronomie em Bona, Alemanha, e Massimo Viola do Observatório de Leiden, Holanda, lideraram uma equipe de astrônomos [1] de instituições de vários países, que processou as imagens obtidas no rastreamento KiDS (Kilo Degree Survey), feito com o Telescópio de Rastreamento do VLT do ESO (VST), instalado no Chile. Para a análise foram utilizadas imagens do rastreamento que cobriam cinco regiões no céu, numa área total de cerca de 2.200 vezes o tamanho da Lua Cheia [2] e contendo cerca de 15 milhões de galáxias.

Tirando partido da qualidade de imagem excepcional de que o VST usufrui no Paranal e usando software de computador inovador, a equipe conseguiu levar a cabo as medições mais precisas de sempre de um efeito conhecido por cisalhamento cósmico. Trata-se de uma variante sutil do efeito de lente gravitacional fraco, no qual a radiação emitida por galáxias distantes se encontra ligeiramente distorcida pelo efeito gravitacional de enormes quantidades de matéria, como por exemplo aglomerados de galáxias.

No efeito de cisalhamento cósmico esta matéria não se encontra sob a forma de aglomerados de galáxias mas sim de estruturas de larga escala do Universo que distorcem a radiação, dando origem a um efeito ainda mais reduzido. Rastreamentos muito grandes e profundos, tais como o KiDS, são necessários de modo a garantir que o sinal muito fraco do cisalhamento é captado com intensidade suficiente para poder ser medido e utilizado pelos astrônomos para mapear a distribuição da matéria. Este estudo fez uso da maior área total do céu mapeada até à data com esta técnica.

Mapa da matéria escura da região G9 do levantamento KiDS. Este mapa de matéria escura no Universo foi obtido a partir de dados do levantamento KiDS, efetuado pelo Telescópio de Rastreamento do VLT, instalado no Observatório do Paranal do ESO, no Chile. O mapa revela-nos uma rede extensa de regiões densas (iluminadas) e vazias (escuras). Esta imagem corresponde a uma das cinco regiões do céu observadas pelo KiDS. A matéria escura invisível está em cor de rosa e cobre uma área do céu de cerca de 280 vezes o tamanho da Lua Cheia. Esta imagem reconstruída foi criada a partir da análise da radiação coletada de mais de 2 milhões de galáxias distantes, situadas a mais de 6 bilhões de anos-luz de distância da Terra. As imagens das galáxias observadas estavam distorcidas pela atração gravitacional da matéria escura, que ocorre à medida que a radiação emitida pelas galáxias viaja através do Universo. Podemos ver na imagem algumas regiões escuras pequenas com fronteiras pronunciadas, que correspondem à localização de estrelas brilhantes e outros objetos próximos que se encontravam no trajeto da radiação emitida pelas galáxias mais distantes e que foram, por isso, retiradas destes mapas, já que nestas regiões não podemos medir nenhum sinal de lente gravitacional fraca. Créditos: Kilo-Degree Survey Collaboration/H. Hildebrandt & B. Giblin/ESO

Surpreendentemente, os resultados da análise parecem ser inconsistentes com deduções obtidas a partir de resultados do satélite Planck da Agência Espacial Europeia, a principal missão espacial que investiga as propriedades fundamentais do Universo. Particularmente, a medição da equipe KiDS relativa a quão “grumosa” é a matéria que se encontra distribuída no Universo — um parâmetro cosmológico fundamental — é significativamente mais baixa do que o valor derivado dos dados Planck [3].

Massimo Viola explicou:

Este resultado indica que a matéria escura na rede cósmica, a qual corresponde a cerca de um quarto do conteúdo do Universo, é menos grumosa do que o que se pensava anteriormente.

A matéria escura é muito difícil de detectar, inferindo-se apenas a sua presença pelo efeito gravitacional que exerce sobre outra matéria no Universo. Estudos como este são atualmente a melhor maneira de determinar a forma, a escala e a distribuição desta matéria invisível.

O resultado surpreendente deste estudo tem igualmente implicações na compreensão mais ampla do Universo e em como é que este evoluiu durante os quase 14 bilhões de anos da sua história. Um tal desacordo aparente com os resultados anteriormente estabelecidos pelo Planck significa que os astrônomos terão agora que reformular o seu conhecimento de alguns dos aspectos fundamentais do desenvolvimento do Universo.

Hendrik Hildebrandt comentou:

Os nossos resultados ajudarão a refinar os modelos teóricos que explicam como é que o Universo se desenvolveu desde o seu início até aos dias de hoje.

A análise dos dados do rastreamento KiDS do VST é um passo importante, no entanto espera-se que telescópios futuros executem rastreamentos do céu ainda maiores e mais profundos.

A co-líder do estudo, Catherine Heymans da Universidade de Edinburgh, Reino Unido, acrescentou:

Desvendar o que se passou desde o Big Bang é um desafio complexo, mas ao estudarmos o céu distante, podemos construir uma imagem de como é que o nosso Universo moderno evoluiu.

Konrad Kuijken (Observatório de Leiden, Holanda), investigador principal do rastreamento KiDS, concluiu:

Deparamo-nos atualmente com uma discrepância intrigante relativamente à cosmologia derivada pelo Planck. Missões futuras, tais como o satélite Euclid e o Large Synoptic Survey Telescope, permitirão repetir estas medições e compreender melhor o que é que o Universo nos está querendo contar.

Mapa da matéria escura da região G15 do levantamento KiDS. Este mapa de matéria escura no Universo foi obtido a partir de dados do levantamento KiDS, efetuado pelo Telescópio de Rastreamento do VLT, instalado no Observatório do Paranal do ESO, no Chile. O mapa revela-nos uma rede extensa de regiões densas (iluminadas) e vazias (escuras). Esta imagem corresponde a uma das cinco regiões do céu observadas pelo KiDS. A matéria escura invisível está em cor de rosa e cobre uma área do céu de cerca de 400 vezes o tamanho da Lua Cheia. Esta imagem reconstruída foi criada a partir da análise da radiação coletada de mais de 2,5 milhões de galáxias distantes, situadas a mais de 6 bilhões de anos-luz de distância da Terra. As imagens das galáxias observadas estavam distorcidas pela atração gravitacional da matéria escura, que ocorre à medida que a radiação emitida pelas galáxias viaja através do Universo. Podemos ver na imagem algumas regiões escuras pequenas com fronteiras pronunciadas, que correspondem à localização de estrelas brilhantes e outros objetos próximos que se encontravam no trajeto da radiação emitida pelas galáxias mais distantes e que foram, por isso, retiradas destes mapas, já que nestas regiões não podemos medir nenhum sinal de lente gravitacional fraca. Créditos: Kilo-Degree Survey Collaboration/H. Hildebrandt & B. Giblin/ESO

Este trabalho foi descrito no artigo científico intitulado “KiDS-450: Cosmological parameter constraints from tomographic weak gravitational lensing”, assinado por H. Hildebrandt et al., a ser publicado em MNRAS (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society).

Notas

[1] A equipe internacional KiDS inclui cientistas da Alemanha, Holanda, Reino Unido, Austrália, Itália, Malta e Canadá.

[2] O que corresponde a cerca de 450 graus quadrados, ou seja um pouco mais de 1% de todo o céu.

[3] O parâmetro medido chama-se S₈ e o seu valor é uma combinação do tamanho das flutuações de densidade e da densidade média de uma seção do Universo. Flutuações maiores em regiões de menor densidade do Universo têm um efeito similar a flutuações de amplitude menor em regiões mais densas, não se conseguindo distinguir ambos os efeitos em observações de lentes gravitacionais fracas. O índice 8 corresponde a uma região de 8 milhões de parsecs de tamanho, a qual é usada por convenção neste tipo de estudos.

Fonte

ESO: eso1642 — Science Release – Dark Matter May be Smoother than Expected. Careful study of large area of sky imaged by VST reveals intriguing result.

._._.

1606-05338v2-kids-450-cosmological-parameter-constraints-from-tomographic-weak-gravitational-lensing