Uma equipe de cientistas liderada pela Rutgers descobriu evidências de como as galáxias se expandem ao rastrear a estrutura invisível do universo criada por uma substância misteriosa conhecida como matéria escura.
Em um estudo recentemente publicado no Astrophysical Journal Letters, os pesquisadores utilizaram o que afirmam serem as maiores amostras de galáxias especiais chamadas emissores de Lyman-alfa para estudar como as galáxias se aglomeraram ao longo de bilhões de anos. Ao fazer isso, obtiveram uma compreensão aprimorada de como as galáxias se relacionam com a matéria escura ao redor e como evoluem ao longo do tempo.
“Analisar essas impressões digitais nos dá uma visão sobre a massa da matéria escura que cerca as galáxias”, disse Eric Gawiser, professor distinto do Departamento de Física e Astronomia da Rutgers School of Arts and Sciences e um dos autores do estudo. “As massas de matéria escura reveladas por este estudo são consistentes com a ideia de que as galáxias emissoras de Lyman-alfa evoluíram para galáxias atuais como a nossa Via Láctea.”
A análise, que avaliou imagens de amplo campo em três diferentes eras da história do universo logo após o Big Bang, revelou padrões distintos, semelhantes a impressões digitais cósmicas. Esses padrões apontam para onde a matéria escura está mais concentrada, disseram os pesquisadores.
A matéria escura, uma substância misteriosa que não emite luz ou energia, não pode ser vista, mas compõe a maior parte da matéria no universo, segundo os cientistas. Eles sabem que a matéria escura existe porque sua gravidade afeta como as galáxias se movem e como esses vastos sistemas cósmicos estão organizados no espaço.
O estudo, liderado pelo estudante de doutorado da Rutgers, Dani Herrera, utilizou dados do levantamento ODIN (One-hundred-square-degree DECam Imaging in Narrowbands), que é um grande projeto astronômico projetado para analisar mais de 100.000 galáxias emissoras de Lyman-alfa.
Os pesquisadores concentraram-se em dados coletados de uma região do céu conhecida como o Campo Profundo do Levantamento de Evolução Cósmica (COSMOS), em um dos maiores levantamentos de céu profundo já realizados. Observando longe no espaço e no passado distante, eles visualizaram três períodos de tempo, cerca de 2,8 bilhões, 2,1 bilhões e 1,4 bilhões de anos após o Big Bang. Durante esses períodos, as galáxias emissoras de Lyman-alfa eram jovens e ativamente formadoras de estrelas, tornando-as marcadores ideais para estudo. Elas também contêm gás hidrogênio que emite um brilho especial, o que permite que os cientistas descubram grandes números delas no universo distante.
“Queríamos encontrar a matéria escura cuja gravidade impulsiona as galáxias a se fundirem e crescerem”, disse Herrera. “Compreender onde ela se encontra e como evoluiu nos ajuda a entender como o próprio universo evoluiu.”
A matéria escura desempenha um papel crucial na formação de galáxias, atuando como uma “cola” gravitacional que ajuda a puxar o gás para formar galáxias, disse Herrera. Sua massa invisível cria poços profundos no espaço onde as galáxias podem crescer, fundir-se e evoluir, formando a estrutura em larga escala do universo.
“Usamos a aglomeração dessas galáxias para identificar onde a matéria escura era mais densa”, disse Gawiser. “Visualizá-la com um mapa de contornos, da mesma forma que um mapa de trilhas mostra elevações, nos permite observar as ‘impressões digitais’ da matéria escura no universo distante.”
Um resultado se destacou. De três a sete por cento das regiões densas de matéria escura capazes de abrigar galáxias contêm galáxias emissoras de Lyman-alfa, encontraram. Isso significa que as galáxias emissoras de Lyman-alfa representam uma pequena fração das galáxias formando onde a matéria escura é mais densa. A baixa porcentagem sugere que as galáxias foram observadas durante uma fase de curta duração, brilhando na luz de Lyman-alfa por dezenas a centenas de milhões de anos.
Para revelar esses resultados, os pesquisadores utilizaram uma técnica chamada agrupamento, que mede como as galáxias estão agrupadas em comparação com distribuições aleatórias. Eles calcularam a função de correlação angular, um método de contagem de pares de galáxias.
Essa pesquisa, disseram os cientistas, não apenas aprofunda a compreensão da evolução das galáxias, mas também ajuda os cientistas a refinarem modelos da estrutura do universo. À medida que o levantamento ODIN continua, estudos futuros se expandirão para mais galáxias, oferecendo uma visão mais completa da teia cósmica, afirmaram.
“Embora invisível aos nossos telescópios, a matéria escura molda o universo por meio de interações com material visível”, disse Gawiser. “Enquanto alguns tentam entender o que é, outros, como esta equipe de pesquisa, tentam entender onde ela está e o que isso implica sobre a evolução do universo.”