Sabemos que a matéria escura existe – uma substância misteriosa que é cinco vezes mais prevalente no Universo em massa do que o que consideramos matéria “normal”, o material de que você e eu e tudo o que vemos são feitos. Vemos seus efeitos através de sua gravidade, embora ainda não saibamos do que é feito. A matéria escura afeta como as galáxias giram e como elas se movem em gigantescos aglomerados de galáxias.
Também vemos seus efeitos através de lentes gravitacionais. A massa tem gravidade, que distorce o espaço. Se olharmos além de um objeto massivo como uma galáxia para uma galáxia ainda mais distante, a massa da galáxia em primeiro plano distorce o espaço, distorcendo a imagem da galáxia de fundo. Essa galáxia mais distante pode parecer manchada, dobrada ou até duplicada em várias imagens dela. A gravidade da galáxia em primeiro plano age como uma lente, daí que vem o nome.
Podemos medir a luz que vem da galáxia lente e medir a massa de sua matéria normal dessa maneira. Então podemos medir o quanto distorce objetos mais distantes e obter sua massa total. A diferença é a quantidade de matéria escura que ela abriga. Este método tem funcionado com grande sucesso nos últimos anos. Informações do portal Syfy.
Mas existe um problema. A alguma distância da Terra, galáxias individuais são muito fracas para serem vistas, então ficamos sem galáxias de fundo para usar. Isso é inconveniente! Queremos ver o mais longe que pudermos, porque quanto mais longe olhamos, mais longe no tempo vemos; a velocidade da luz é finita, o que significa que quanto mais longe vemos um objeto, mais tempo sua luz leva para chegar até aqui. Assim, por sua vez, quanto mais distante um objeto, mais jovem o vemos.
Queremos saber como era a distribuição da matéria escura quando o Universo era muito jovem, porque achamos que a matéria escura se agrupou pouco depois do Big Bang e, ao fazê-lo, atraiu matéria normal para esses aglomerados, que então formaram galáxias. Ao saber como era a matéria escura naquela época, podemos entender melhor como as galáxias se formavam. Não só isso, mas leva tempo para as próprias galáxias se agruparem para formar aglomerados de galáxias, as maiores estruturas do Universo. Eles são tão grandes que a forma e o tamanho e outras características do próprio Universo podem ser determinadas examinando os aglomerados.
Então, como fazemos isso se não temos galáxias muito distantes para examinar? Uma equipe de astrônomos inventou uma maneira: não use galáxias com lentes para medir a matéria escura. Em vez disso, use o brilho de fundo do Big Bang.
O momento do nascimento do Universo foi quente. À medida que o cosmos se expandia, essa bola de fogo esfriava. Eventualmente, tornou-se grande e de baixa densidade o suficiente para que a luz pudesse viajar através dele, e tornou-se transparente. Isso aconteceu algumas centenas de milhares de anos após o estrondo, e a expansão cósmica deslocou para o vermelho esse brilho na parte de micro-ondas do espectro, chamada de radiação cósmica de fundo em micro-ondas. Esse brilho era muito suave, muito semelhante em todos os lugares que você olha para o céu. Mas a lente gravitacional de galáxias distantes distorcerá essa suavidade, fazendo-a se aglomerar um pouco.
Assim, os astrônomos usaram dados do satélite Planck da Agência Espacial Européia, que mediu esse brilho com alta precisão, e o mapeou contra uma pesquisa de galáxias extremamente distantes vistas pelo telescópio Subaru no Programa de Pesquisa Estratégica Hyper Suprime-Cam, que mapeou muito de galáxias ao longo de 300 graus quadrados impressionantes de céu – 1.500 vezes a área da Lua cheia! No final, os astrônomos observaram as lentes gravitacionais em torno de 1.473.106 galáxias (!!) cujas distâncias podiam ser medidas de forma confiável [link to paper]. Em média, a luz dessas galáxias levou 12 bilhões de anos para chegar até nós, então as vemos como estavam cerca de 1,8 bilhão de anos após o nascimento do Universo – muito mais distantes do que qualquer lente gravitacional já foi usada.
Eles foram capazes de determinar as massas dessas galáxias a partir do quanto elas captavam o fundo cósmico e descobriram que, em média, elas tinham halos de matéria escura com massas cerca de 300 bilhões de vezes a massa do Sol. Na verdade, isso é muito menos massivo do que a nossa Via Láctea, que tem cerca de 700 bilhões de massas solares. Mas então vemos essas galáxias distantes como eram quando eram jovens, antes que pudessem crescer até o tamanho da nossa própria galáxia.
Eles também encontraram algo muito interessante. A radiação cósmica de fundo não é perfeitamente suave; é um pouco irregular, o que representa um pouco de irregularidade na distribuição da matéria no Universo extremamente primitivo. Esses aglomerados desmoronaram para formar as primeiras estrelas e galáxias. O modelo padrão de matéria escura prevê uma certa quantidade de aglomeração, mas as novas medições obtêm um valor um pouco menor. É próximo, mas não exatamente o mesmo, o que sugere que pode haver mais coisas acontecendo no Universo do que pensamos.
Isso é muito provisório embora! As novas medições têm uma quantidade saudável de incerteza, por isso é difícil dizer se o desacordo é real ou não. A boa notícia é que o grande levantamento do céu da Subaru ainda não está pronto, mas quando terminar, cobrirá três vezes mais céu do que foi usado neste estudo. Isso significa que eles devem ser capazes de reduzir um pouco as incertezas. Além disso, haverá melhores medições da radiação de fundo de micro-ondas nos próximos anos, o que também ajudará.
Tudo isso ainda é muito novo; a primeira medição confiável da radiação de fundo tem apenas algumas décadas, e o uso do método de lente gravitacional para obter massas de galáxias só existe há algumas décadas. Este novo método é mais um passo para descobrir tudo isso. A ciência nunca é realmente feita; continuamos refinando-o até que tenhamos um entendimento que se ajuste às observações e faça sentido teoricamente. Mesmo assim não acabou! Ainda pode haver mais a descobrir para melhorar as medições.
É aí que estamos aqui: ainda nos passos intermediários desta receita, tentando anotar os ingredientes básicos e métodos que foram usados para cozinhar o Universo. O legal é que estamos progredindo. E continuaremos a entender melhor como o cosmos surgiu.
