A matéria escura – o andaime invisível que se pensa manter as galáxias unidas – é sem dúvida a substância mais elusiva do universo. Quase um século de pesquisas ainda não levou a uma detecção direta confirmada, mas os cientistas aprenderam a observá-la indiretamente. Agora, uma equipe usou essas observações para produzir o mapa da matéria escura com a mais alta resolução até o momento.
Os pesquisadores criaram o mapa, publicado segunda-feira na revista Astronomia da Natureza, medindo cuidadosamente pequenas mudanças nas formas de centenas de milhares de galáxias fotografadas pelo Telescópio Espacial James Webb. Isso lhes permitiu reconstruir as localizações da massa – incluindo a matéria escura – e mapear a estrutura invisível do universo, disse a autora principal Diana Scognamiglio, pesquisadora de pós-doutorado no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, ao Gizmodo por e-mail.
“Não podemos ver a matéria escura diretamente, por isso mapeamos-a observando como desvia a luz”, explicou Scognamiglio. “À medida que a luz de galáxias muito distantes viaja em nossa direção, ela é ligeiramente distorcida pela gravidade da matéria ao longo do caminho.”
Matéria escura como nunca a “vimos” antes
Os astrónomos acreditam que a matéria comum – partículas que interagem com a luz e são, portanto, observáveis – constitui apenas um sexto de toda a matéria do Universo. O resto é matéria escura, que não emite nem absorve luz. Ele interage com o universo apenas através da gravidade.
De acordo com o modelo padrão da cosmologia, a matéria escura deve existir para que certos efeitos gravitacionais façam sentido, como a rotação inesperadamente rápida das galáxias ou o facto de estarem unidas com mais força do que deveriam. A melhor maneira de os cientistas “verem” indiretamente a matéria escura é medindo seus efeitos gravitacionais.
Scognamiglio e os seus colegas usaram lentes gravitacionais fracas – a distorção subtil da luz de galáxias distantes causada pela gravidade da massa interveniente – para fazer exactamente isso.
Imagens JWST de alta resolução da pesquisa COSMOS-Internet permitiram à equipe medir as formas de 129 galáxias por minuto de arco quadrado e reconstruir um mapa de matéria com uma resolução angular de cerca de 1 minuto de arco – mais que o dobro da resolução dos mapas anteriores do Telescópio Espacial Hubble.
“O JWST nos dá imagens muito mais nítidas e nos permite ver galáxias mais fracas e distantes do que outros telescópios, como o Hubble”, explicou Scognamiglio. “Isso significa que temos muito mais galáxias de fundo para trabalhar e podemos medir as suas formas com mais precisão. Mais galáxias e imagens mais nítidas traduzem-se diretamente num mapa mais nítido.”
As regiões mais brilhantes do mapa marcam locais onde grandes quantidades de massa estão concentradas, geralmente sinalizando aglomerados de galáxias massivos. As características tênues e semelhantes a fios que conectam esses pontos brilhantes traçam os vastos filamentos que unem as galáxias, enquanto regiões mais escuras e suaves mostram onde existe relativamente pouca matéria.
“Em termos simples, o mapa é uma imagem da estrutura do universo”, disse Scognamiglio.
Uma janela para a profunda história cósmica
A resolução excepcional deste novo mapa não só fornece uma visão altamente detalhada da estrutura do Universo, como também permite aos astrónomos observar essa estrutura muito mais atrás no tempo do que os mapas anteriores.
Rastreia a matéria escura até à época em que as galáxias se formavam mais ativamente e, portanto, fornece uma referência para testes da natureza da matéria escura, bem como modelos do ambiente galáctico durante o pico de formação estelar cósmica, há cerca de 8 a 11 mil milhões de anos.
“O mapa é consistente com o nosso modelo cosmológico atual, que prevê que a matéria escura forma uma estrutura semelhante a uma teia dentro da qual as galáxias crescem”, disse Scognamiglio. “Com esta visão mais nítida, podemos testar essas previsões com mais precisão e procurar pequenas diferenças que possam sugerir uma nova física, como propriedades alternativas da matéria escura ou desvios sutis da gravidade padrão.”
Ela espera que o seu mapa abra caminho para novas pesquisas sobre como as galáxias são influenciadas pelos seus ambientes de matéria escura. “Podemos agora investigar como a formação de estrelas, o crescimento de galáxias e a extinção [the shutting-down of star formation] dependem de onde as galáxias estão localizadas nos filamentos e aglomerados”, explicou Scognamiglio.
A qualidade dos dados também abre a porta para estudar como a matéria evolui ao longo do tempo, acrescentou. Isto ajudará no próximo projeto de Scognamiglio: produzir mapas tridimensionais da massa do universo. Os telescópios espaciais da próxima geração, como o Nancy Grace Roman da NASA e o Euclid da Agência Espacial Europeia apoiarão este trabalho produzindo dados de alta resolução que cobrem áreas muito maiores do céu.
“O JWST nos mostra o que é possível em resolução ultra-alta, enquanto essas missões irão ampliar isso para volumes cósmicos”, disse Scognamiglio.
