Usando observações de 3.000 quasares descobertos pelo Sloan Digital Sky Survey (SDSS), os cientistas fizeram as medições mais precisas até o momento do agrupamento cósmico de gás hidrogênio difuso. Esses quasares - 100 vezes mais do que foram usados em tais análises no passado - estão a distâncias de oito a dez bilhões de anos-luz, tornando-os entre os objetos mais distantes conhecidos.
Os filamentos de gás entre os quasares e a Terra absorvem a luz nos espectros do quasar, permitindo que os pesquisadores mapeiem a distribuição de gás e medam o quão desajeitado é o gás em escalas de um milhão de anos-luz. O grau de aglomeração desse gás, por sua vez, pode responder a perguntas fundamentais, como se os neutrinos têm massa e qual é a natureza da energia escura, com a hipótese de impulsionar a expansão acelerada do universo.
"Os cientistas estudam há muito tempo o agrupamento de galáxias para aprender sobre cosmologia", explicou Uros Seljak, da Universidade de Princeton, um dos pesquisadores do SDSS. “No entanto, a física da formação e agrupamento de galáxias é muito complicada. Em particular, como a maior parte da massa do universo é composta de matéria escura, surge uma incerteza da nossa falta de entendimento da relação entre a distribuição de galáxias (que vemos) e a matéria escura (que não podemos ver mas os modelos cosmológicos preveem) ". Pensa-se que os filamentos de gás vistos nos espectros do quasar sejam distribuídos de maneira muito semelhante à matéria escura, removendo essa fonte de incerteza.
"Sabemos há vários anos que os espectros do quasar são uma ferramenta única para estudar a distribuição da matéria escura no universo primitivo, mas a quantidade e a qualidade dos dados do SDSS tornaram essa visão uma realidade", disse David Weinberg, da Universidade Estadual de Ohio. , um membro da equipe do SDSS. "É incrível que possamos aprender muito sobre a estrutura do universo há 10 bilhões de anos".
Seljak e seus colaboradores no SDSS combinaram a análise dos espectros do quasar com medidas de agrupamento de galáxias, lentes gravitacionais e ondulações no Cosmic Microwave Background observado pela Sonda de Anisotropia de Microondas Wilkinson da NASA (WMAP). Isso dá a melhor determinação até hoje do agrupamento de matéria no universo, de escalas de um milhão de anos-luz a muitos bilhões de anos-luz. Essa visão abrangente permite uma comparação detalhada com modelos teóricos para a história e os constituintes do universo.
“Este é o teste mais rigoroso até o momento das previsões do modelo cosmológico de inflação; a inflação passa com cores vivas ”, acrescentou Seljak.
A teoria inflacionária afirma que, logo após o Big Bang, o universo passou por um período de aceleração extremamente rápida, durante o qual pequenas flutuações foram transformadas em rugas de tamanho astronômico no espaço-tempo, finalmente observáveis no aglomerado de objetos astronômicos. A teoria da inflação prediz uma dependência muito específica do grau de agrupamento com escala, que a análise atual apóia fortemente. Outros cenários, como a teoria do universo cíclico, fazem previsões muito semelhantes e também estão de acordo com os resultados mais recentes.
As primeiras análises da equipe do WMAP e de outros sugeriram desvios no agrupamento cósmico em relação à previsão da inflação. Se correto, isso exigiria uma grande revisão do paradigma atual para a origem da estrutura no universo.
"Os novos dados e a análise correspondente melhoram substancialmente a precisão observacional desse teste", disse Patrick McDonald, da Universidade de Princeton e um dos autores da descoberta. "Os novos resultados estão em perfeito acordo com a inflação".
"O agrupamento de matéria é um teste preciso e poderoso de modelos cosmológicos, e a presente análise é consistente e amplia nossos estudos anteriores", concordou Adrian Pope, da Universidade Johns Hopkins, que liderou uma análise anterior do agrupamento de galáxias SDSS .
A nova análise também fornece as melhores informações sobre a massa do neutrino. Experimentos terrestres - resultando no Prêmio Nobel de Física de 2002 - mostraram definitivamente que os neutrinos têm massa, mas esses experimentos só podiam medir a diferença de massa entre os três tipos diferentes de neutrinos conhecidos. A presença de neutrinos afetaria o agrupamento cósmico em escalas de milhões de anos-luz, exatamente as escalas sondadas com os espectros do quasar.
A nova análise sugere que a massa mais leve de neutrinos deve ser menor que duas vezes a diferença de massa medida anteriormente. As novas medições também eliminam a possibilidade de uma família de neutrinos maciça adicional sugerida por alguns experimentos terrestres.
"A cosmologia, a ciência das grandes, é capaz de nos falar sobre propriedades de partículas fundamentais, como os neutrinos", disse Lam Hui, do Laboratório Acelerador Nacional Fermi do Departamento de Energia dos EUA, que vem realizando uma análise independente dessas dados, juntamente com Scott Burles, do MIT, e outros.
A nova análise também fornece suporte adicional para a existência de energia escura e sugere que a energia escura é imutável no tempo. Essa análise fornece os melhores limites para sua evolução no tempo até o momento.
"Nenhuma evidência de mudança de energia escura no tempo surgiu até agora, e a possibilidade de o universo ser dilacerado por um grande rasgo no futuro é substancialmente reduzida por esses novos resultados", disse Alexey Makarov, da Universidade de Princeton, que também aproveitou parte nesta pesquisa.
Fonte original: Comunicado de imprensa do SDSS
