Novo mapa do crescimento cósmico do Universo suporta a teoria da gravidade de Einstein

Ao contrário dos filósofos antigos que imaginavam as origens do universo, os cosmologistas da atualidade usam ferramentas quantitativas para obter percepções sobre sua evolução e estrutura. A cosmologia moderna remonta ao início do século 20, com o desenvolvimento da Teoria da Relatividade Geral de Albert Einstein.

Agora, pesquisadores da colaboração do Atacama Cosmology Telescope (ACT) enviaram um conjunto de artigos para o The Astrophysical Journal apresentando um novo mapa inovador da matéria escura distribuída por um quarto do céu, estendendo-se profundamente no cosmos, que confirma a teoria de Einstein de como estruturas massivas crescem e curvam a luz ao longo dos quase 14 bilhões de anos de vida do universo.

O novo mapa usa a luz da radiação cósmica de fundo (CMB) essencialmente como uma luz de fundo para mostrar a matéria entre nós e o Big Bang.

Suzanne Staggs, diretora da ACT e professora de física Henry DeWolf Smyth na Universidade de Princeton, declarou:

É um pouco como a silhueta, mas em vez de apenas ter preto na silhueta, você tem textura e pedaços de matéria escura, como se a luz estivesse fluindo através de uma cortina de tecido com muitos nós e saliências. A famosa imagem CMB azul e amarela [de 2003] é um instantâneo de como era o Universo em uma única época, há cerca de 13,8 bilhões de anos e agora isso nos dá informações sobre todas as épocas desde então.

Suzanne Staggs

Jo Dunkley, professor de física e ciências astrofísicas, que lidera a análise do ACT, disse:

É uma emoção poder medir o invisível, descobrir esse andaime de matéria escura que contém nossas galáxias visíveis cheias de estrelas. Nesta nova imagem, podemos ver diretamente a teia cósmica invisível de matéria escura que envolve e conecta as galáxias.

Jo Dunkley

David Spergel, professor de Astronomia de Princeton na Classe da Fundação de 1897, emérito e presidente da Fundação Simons, declarou:

Normalmente, os astrônomos só podem medir a luz, então vemos como as galáxias estão distribuídas pelo universo; essas observações revelam a distribuição de massa, portanto, mostram principalmente como a matéria escura é distribuída em nosso Universo.

David Spergel

O coautor Blake Sherwin, Ph.D. em 2013. ex-aluno de Princeton e professor de cosmologia na Universidade de Cambridge, onde lidera um grande grupo de pesquisadores do ACT, declarou:

Mapeamos a distribuição invisível da matéria escura no céu, e é exatamente como nossas teorias preveem. Esta é uma evidência impressionante de que entendemos a história de como a estrutura em nosso universo se formou ao longo de bilhões de anos, desde logo após o Big Bang até hoje.

Blake Sherwin

Notavelmente, 80% da massa do universo é invisível. Ao mapear a distribuição de matéria escura no céu para as maiores distâncias, nossas medições de lentes ACT nos permitem perceber claramente o Cosmos invisível.

Mark Devlin, professor de astronomia na Universidade da Pensilvânia e vice-diretor do ACT, que foi um pós-doutorado em Princeton de 1994-1995, afirmou:

Quando propusemos este experimento em 2003, não tínhamos ideia de toda a extensão da informação que poderia ser extraída de nosso telescópio. Devemos isso à inteligência dos teóricos, bem como as pessoas que construíram novos instrumentos para tornar nosso telescópio mais sensível e às novas técnicas de análise que nossa equipe criou.

Mark Devlin

 Isso inclui um novo modelo sofisticado de ruído de instrumento do ACT pelo estudante de pós-graduação de Princeton, Zach Atkins.

Apesar de constituir a maior parte do universo, a matéria escura tem sido difícil de detectar porque não interage com a luz ou outras formas de radiação eletromagnética. Tanto quanto sabemos, a matéria escura só interage com a gravidade.

Para rastrear a matéria escura, os mais de 160 colaboradores que construíram e coletaram dados do Atacama Cosmology Telescope da National Science Foundation nos altos Andes chilenos observaram a luz emanando após o início da formação do universo, o Big Bang – quando o universo tinha apenas 380.000 anos de idade. Os cosmologistas costumam se referir a essa luz CMB difusa que preenche todo o nosso universo como a “imagem do universo-bebê”.

A equipe rastreou como a atração gravitacional de estruturas massivas de matéria escura pode distorcer o CMB em sua jornada de quase 14 bilhões de anos até nós, assim como janelas antigas e irregulares dobram e distorcem o que podemos ver através delas.

Mathew Madhavacheril, pós-doutorando de Princeton de 2016-2018, o principal autor de um dos artigos e professor assistente de física e astronomia na Universidade da Pensilvânia, explicou:

Fizemos um novo mapa da massa cósmica usando distorções de luz que sobraram do Big Bang. Surpreendentemente, ele fornece medições que mostram que tanto o ‘nódulo’ do universo quanto a taxa em que ele está crescendo após quase 14 bilhões de anos de evolução são exatamente o que você esperaria de nosso modelo padrão de cosmologia baseado na teoria de Einstein da gravidade.

Mathew Madhavacheril

Sherwin acrescentou:

Nossos resultados também fornecem novos vislumbres sobre um debate em andamento que alguns chamam de ‘A Crise na Cosmologia’.

Blake Sherwin

Isso produziu resultados que sugerem que a matéria escura não era irregular o suficiente sob o modelo padrão da cosmologia e levou a preocupações de que o modelo possa estar quebrado. No entanto, os resultados mais recentes da equipe do ACT avaliaram com precisão que os grandes pedaços vistos nesta imagem são do tamanho exato.

Frank Qu, autor líder de um dos artigos e aluno de pós-graduação em Cambridge, bem como ex- Pesquisador visitante de Princeton, disse:

Embora estudos anteriores apontassem para rachaduras no modelo cosmológico padrão, nossas descobertas fornecem uma nova garantia de que nossa teoria fundamental do universo é verdadeira.

Frank Qu

Staggs, cuja equipe construiu os detectores que coletaram esses dados ao longo dos últimos cinco anos, afirmou:

O CMB já é famoso por suas medições incomparáveis ​​do estado primordial do universo, então esses mapas de lentes, descrevendo sua evolução subsequente, são quase um embaraço de riquezas. Agora temos um segundo mapa muito primordial do universo. Em vez de uma “crise”, acho que temos uma oportunidade extraordinária de usar esses diferentes conjuntos de dados juntos. Nosso mapa inclui toda a matéria escura, desde o Big Bang, e os outros mapas estão olhando para cerca de 9 bilhões de anos, dando-nos uma camada muito mais próxima de nós. Podemos comparar os dois para aprender sobre o crescimento das estruturas no universo. Acho que vai ficar muito interessante. O fato de as duas abordagens estarem obtendo medições diferentes é fascinante.

Suzanne Staggs

O ACT operou por 15 anos e foi desativado em setembro de 2022. No entanto, mais trabalhos apresentando resultados do conjunto final de observações devem ser enviados em breve, e o Observatório Simons realizará observações futuras no mesmo local, com um novo telescópio programado para começar a operar em 2024. Este novo instrumento será capaz de mapear o céu quase 10 vezes mais rápido que o ACT.

Os artigos destacados neste lançamento estão disponíveis em act.princeton.edu e em arXiv.org com acesso aberto. Eles foram submetidos ao Astrophysical Journal. Este trabalho foi financiado pela U.S. National Science Foundation (AST-0408698, AST-0965625 e AST-1440226 para o projeto ACT, bem como prêmios PHY-0355328, PHY-0855887 e PHY-1214379), Princeton University, University of Pensilvânia e um prêmio da Canada Foundation for Innovation. Os membros da equipe da Universidade de Cambridge foram apoiados pelo Conselho Europeu de Pesquisa.

Fontes

Princeton University: New map of the universe’s cosmic growth supports Einstein’s theory of gravity

Stone Brook University: Mapping Dark Matter Like Never Before

Fundação Simons: Map of Space-Time Distortions Reveals Universe’s Dark Matter Distribution, Proving Einstein Right

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