Sondando a expansão do universo

Inside Science News Service

Link para o original: Astrophysics Probe Expansion Of The Universe

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Galáxias distorcidas por lentes gravitacionais aparecem nesta imagem do Telescópio Espacial Hubble. Crédito da Imagem: NASA/ESA

Imagens de galáxias distorcidas são um novo recurso para o estudo da matéria escura e da energia escura.

25 de abril de 2015.
Autor: Ramin Skibba, Contribuidor do ISNS.

(Inside Science) – O universo é cheio de galáxias, mas a gravidade distorce as imagens que obtemos delas. Os astrofísicos da Dark Energy Survey criaram catálogos gigantescos dos formatos distorcidos de 24 milhões de galáxias distantes, tornando possível uma sondagem da estrutura subjacente do universo em rápida expansão.

Os cientistas da Dark Energy Survey investigaram a “rede cósmica” de galáxias no mínimo tão grandes quanto a Via Láctea — assim como os aglomerados ocultos de matéria escura. Suas descobertas foram apresentadas no encontro de 17 de abril da American Physical Society em Salt Lake City.

A matéria escura não pode ser vista diretamente, entretanto, tal como um animal pode inferir a existência de um predador ao ver sua sombra, os astrofísicos inferem a distribuição da matéria escura pela detecção de seus efeitos gravitacionais. Segundo a Teoria da Relatividade de Einstein, um objeto massivo pode distorcer a tessitura do espaço-tempo, desviando a trajetória dos raios de luz que emanam de galáxias no fundo, apliando e distorcendo as imagens.

Existe entre cinco e seis vezes mais matéria escura do que matéria comum que inclui galáxias, estrelas, nebulosas e planetas. Porém, uma rede de aglomerados de matéria escura preenche o universo, o que faz com que, se olharmos para longe o bastante, poderemos observar suas “lentes cósmicas” em qualquer direção. O efeito dessas lentes é extremamente pequeno, mas colete-se um número suficiente de imagens e os cientistas serão capazes de realizar estudos estatísticos sobre elas. Os astronomos da DES acabam de fazer exatamente isto. Eles bisbilhotaram milhões de gigabytes de dados e produziram um mapa preliminar da localização de 24 milhões de galáxias, indicando as regiões mais densamente povoadas com galáxias, cada uma delas com centenas de bilhões de estrelas.

“Eu nem consigo descrever como esse mapa é fabuloso”, declarou Michael Troxel, astrofísico da Universidade de Manchester, no Reino Unido, e membro da colaboração.

Troxel e seus colegas agora estão usando este mapa detalhado das galáxias distorcidas para reconstruir a armação da matéria escura do universo. Durante este processo, eles panejam fazer i maior mapa da distribuição da matéria escura já feito. Sua meta é completar o projeto até o final de 2016.

Seu levantamento de cinco anos, começado em 2013, usa a câmera de 570 megapixels montada no Telescópio Blanco de 4 metros nas montanhas do Norte do Chile. A colaboração inclui mais de 400 cientistas de sete apíses. Ao final, eles terão mapeado um oitavo do céu  noturno.

Além do estudo da distribuição de galáxias, Troxel e seus colegas também compararam seus mapas com as medições da radiação deixada pelo Big Bang, chamada de Fundo Cósmico de Micro-ondas que é medido pelo Telescópio do Polo Sul e pelo satélite Planck. Isto permite aos cientistas examinarem as conexões entre o universo primevo e as galáxias que vemos hoje.

Em particular, eles buscam medir a taxa de expansão do universo da maneira mais precisa possível. Não desmentindo seu nome, a Dark Energy Survey está sendo usada para determinar como a misteriosa “energia escura” está acelerando esta expansão. Segundo Troxel, até agora suas descobertas estão consistentes com aquelas obtidas por outros astrofísicos que usam o satélite Planck.

Mas eles ainda estão preocupados com incertezas que podem dar um viés a suas conclusões. “Nós não temos controle sobre o tempo ou a atmosfera”, argumentou o astrofísico da New York University Boris Leistedt, outro membro da colaboração. Segundo ele, é um ponto crítico controlar esses efeitos e se assegurar que os dados não sejam afetados pelos mesmos.

Seu colega, Ravi Gupta do Argonne National Laboratory, concorda. Segundo ele, “esta nova era de cosmologia de precisão apresenta novos desafios”.

Gupta não estuda galáxias, mas supenovas, as explosões de estelas moribundas, as quais as sensíveis câmeras da DES também capturam. Uma vez que tenham compreendido o quão luminosas essas explosões deveriam ser, cada vez que virem uma supernova nascer, eles poderão estimar o quão distante ela está e isto dá uma nova ferramenta para medir a expansão do universo. Gupta e sua equipe observaram recentemente dúzias de supernovas “superluminosas”, até 100 vezes mais brilhantes do que a variedade mais comum. Elas podem ser vistas a dezenas de milhões de anos luz de distância e ele espera poder usá-las para examinar a expansão do universo em seu passado mais profundo.

“O desafio corrente é o de calibrar as medições realizadas e reduzir as incertezas sistêmicas”, diz Shirley Ho, uma astrofísica da Carnegie Mellon University, não participante da colaboração. Ela ansia pela publicação dos dados e dos mapas do primeiro ano da DES , “que serão algo entusiasmante para se trabalhar com”, segundo ela. E acrescenta: “Os cientistas da Dark Energy Survey são os primeiros a po0r limites na cosmologia pela correlação entre os dados das lentes gravitacionais e o fundo cósmico de micro-ondas. Isto é muito legal”.


Ramin Skibba é um escritor de ciências que trabalha em Santa Cruz e San Diego, California. Seu twitter é @raminskibba.

Qual será o formato do Universo?

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Dados deixam em aberto a possibilidade de um Universo curvo

 

Representação da Sonda Wilkinson de Anisotropia de Micro-ondas, superposta a uma visualização do fundo cósmico de micro-ondas.
Crédito da imagem: NASA

Indícios dos ecos do Big Bang podem sugerir um universo em forma de sela.

11 de setembro de 2013

Original em inglês por: Charles Q. Choi, Contribuidor do ISNS Contributor

(ISNS) — O formato do universo pode ser tremendamente diferente do que se pensava, diz um grupo de pesquisadores.
Pesquisadores que investigam uma importante anomalia no eco do Big Bang, sugerem que a tessitura do universo pode ser, na verdade, curva como uma sela, o que subverte a ideia prevalecente atual de que a luz e tudo o mais que viaja através do espaço-tempo, o faz em uma linha reta em um universo plano. Em um universo em forma de sela, qualquer objeto que pareça estar se deslocando paralelamente a outro, na verdade acabará por se distanciar dele depois de vastas distâncias.
Não obstante, os cientistas acautelam para que podem existir outras explicações para essa anomalia. Nosso universo pode ter colidido com outro universo, logo após o Big Bang, ou a anomalia pode ser apenas um acaso estatístico.
Os pesquisadores começaram a notar a anomalia em questão há quase uma década, quando analisaram o fundo cósmico de micro-ondas, o “calor” deixado para trás pelo Big Bang. Os cientistas podem estudar as flutuações nos pontos quentes e frios do fundo cósmico de micro-ondas para aprenderem mais acerca da estrutura e da evolução do universo.
Os dados da Sonda Wilkinson de Anisotropia de Micro-ondas da NASA (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe = WMAP), lançada em 2001, sugerem inesperadamente que o universo pode ser desequilibrado — pontos quentes e frios de um lado do cosmo parecem ser mais quentes e mais frios do que no outro. Os indícios dessa anomalia têm se acumulado com o tempo  e os dados obtidos pelo satélite Planck, lançado pela Agência Espacial Européia (ESA) em 2009, apoiam a existência da mesma anomaliay.
“As anomalias observadas no fundo cósmico de micro-ondas são intrigantes — elas podem ser um mero acaso estatístico, mas também podem ser um indício de processos físicos ainda desconhecidos que atuaram no nascimento do universo”, diz o pesquisador Andrew Liddle, cosmologista da Universidade de Edimburgo na Escócia.
Esse desequilíbrio contradiz a visão prevalente na cosmologia de que, momentos após o Big Bang, o universo aumentou de tamanho titanicamente. Esse surto de crescimento, chamado de “inflação”, teria aplainado o cosmo e feito com que ele parecesse sempre igual em qualquer direção.
Os novos cosmologistas sugerem que essas anomalias ocorrem porque o universo não é plano. Ao contrário, estes pesquisadores propõem que o universo é ligeiramente “aberto”, curvado de forma tal que duas linhas paralelas, as quais nunca convergem ou divergem em uma superfície plana, vão eventualmente se separar, como em uma superfície em forma de sela.
“Os raios de luz em um universo curvo parecem percorrer trajetórias curvas”, diz Liddle. “Eles estão seguindo as linhas mais curtas em um espaço curvo, da mesma forma que os aviões voam ao longo de grandes círculos ao redor da Terra”.
A ideia começa com o universo observável formando uma bolha, dentro de um “meta-universo” ainda maior. O evento do nascimento pode ter ativado flutuações na parede da bolha, as quais deixariam marcas: as perturbações em escala muito grande. Uma consequência disto seria essa assimetria no fundo cósmico de micro-ondas, observado pela WMAP e pelo Planck; outra seria um universo que parece plano, mas, na verdade, é curvo, além do horizonte observável.
“A quantidade de inflação que ocorre dentro da bolha determina o quão plano o universo é”, explica Liddle. “Queremos que seja o suficiente para que seja quase plano, mas não totalmente”.
Este conceito “é extremamente intrigante, particularmente por sugerir que pode existir toda uma nova física, logo depois da esquina”, diz o físico teórico Marc Kamionkowski da Universidade Johns Hopkins em Baltimore, que não participou da pesquisa. “Embora ainda seja apenas uma grande especulação, esse cenário de um universo aberto parece dar uma explicação mais natural para o fato da escala de distâncias da assimetria ser tão próxima da escala do horizonte atual do que qualquer outro cenário que eu conheço”.
Matthew Kleban, um físico teórico da Universidade de Nova York, que também não participou do estudo, disse que melhorar a compreensão da curvatura do universo é muito importante. “Dito isto, não é realmente um indício direto, mas é fascinante”, comentou Kleban.
Este conceito enfrenta a competição de várias outras explicações aventadas pelos cientistas para explicar a anomalia. Por exemplo, a possibilidade de que nosso universo tenha colidido com outro, conforme sugerem Kleban e seus colegas.
No entanto, todas essas explicações para a aparente anomalia no fundo cósmico de micro-ondas, que exigiria que as leis da física fossem re-escritas, podem ser, ao fim e ao cabo, irrelevantes.
“A maioria dos cosmologistas provavelmente acredita que as anomalias observadas são apenas um acaso estatístico e não uma propriedade real do universo, o que é um ponto de vista perfeitamente razoável”, concede Liddle.
Em 2014, a equipe do Planck poderá revelar se a anomalia é realmente um acaso estatísitico, quando liberar mais dados sobre o fundo cósmico de micro-ondas. A ideia de um universo em formato de sela pode ganhar apoio se a distribuição das temperaturas nos céus não se der ao longo de uma curva de sino.
Liddle e sua colega Marina Cortês detalham suas descobertas na edição de 13 de setembro de Physical Review Letters.

Charles Q. Choi é um escritor independente da cidade de Nova York que já escreveu para The New York Times, Scientific American, Wired, Science, Nature e vários outros noticiosos.

 

E o universo ficou mais velho… e diferente

Telescópio do Polo Sul (WikiMedia Commons)

Telescópio do Polo Sul. Imagem da WikiMedia Commons.
Link para a imagem original.


Quando eu publiquei o post O universo antigo produzia mais estrelas do que se pensava, eu tive que escolher entre vários press-releases sobre o mesmo assunto. Eu traduzi o da Universidade de Chicago, mas havia também os da National Science Foundation, “Telescópios Financiados pela NSF no Polo Sul e Chile descobrem bursts de formação de estrelas no universo primitivo”, da Fundação Kavli, “Testemunhando starbursts em galáxias jovens”, da Universidade do Arizona, “[O Telescópio] ALMA expõe  fábricas de estrelas escondidas no universo jovem”, do National Radio Astronomy Observatory, “[O Telescópio] ALMA descobre “monstruosas” galáxias starburst no universo jovem”, da Carnegie Institution, “Descobertas galáxias antigas e extremamente ativas”, e outros dois com o mesmo título: “[O Telescópio] ALMA reescreve a história do baby boom estelar do Universo”, um da Universidade McGill e outro do European South Observatory.

É claro que todo este fuzuê sobre a descoberta tinha um motivo bem claro: os cálculos dos astrofísicos sobre a linha-do-tempo da formação de estrelas, galáxias e do próprio universo continham algum erro.

Imediatamente me ocorreu entrar em contato com o scibling Ethan Siegel do Starts With a Bang, mas diversas outras coisas (combinadas com meu raro talento em procrastinar) foram “deixando-para-depois” e, quando finalmente eu acessei o blog dele, me deparei com o post “O que todos deveriam saber sobre o universo, na véspera [da divulgação dos dados] do [Telescópio Espacial] Planck”. Bem… se Ethan esperava alguma novidade importante dos dados do Planck, eu também poderia…

Imagem do Fundo Cósmico de Micro-ondas obtida pelo Satélite Planck.
Link para a imagem original.


Agora, esta figura já é conhecida por todos e as agências de notícias já comentaram que o Universo é, pelo menos, 80 milhões de anos mais velho do que se calculava. Mas, como eu esperava, Ethan chama a atenção para diversas outras novidades em seu post “Do que é feito todo o Universo, graças ao Planck”. E eu vou tomar a liberdade de kibar desavergonhadamente o post dele. Espero que me perdoem se eu não reproduzir algumas das ilustrações do post do Ethan porque elas são demasiado técnicas. Por mais que eu ame a física quântica e a astrofísica, quando começam a argumentar “se o hamiltoniano é hermitiano”, eu me sinto como o cachorrinho que caiu do caminhão de mudanças…

Comparação da Resolução das imagens Cobe, WMAP e Planck.

Comparação da Resolução das imagens Cobe, WMAP e Planck. Crédito: NASA Jet Propulsion Laboratory, CalTech.

Link para a imagem original.

A primeira coisa que Ethan enfatiza é a qualidade da imagem fornecida pelo Planck. Como diz ele, na década de 1990 o satélite  Cosmic Background Explorer (COBE ou Explorador do Fundo Cósmico) nos deu uma primeira imagem difusa do Fundo Cósmico de Micro-ondas (Cosmic Microwave Background, ou simplesmente CMB). Se você está pensando naquele eco do Big Bang descoberto quase que por acaso por Penzias e Wilson em 1965, está correto! A primeira imagem disto foi obtida na década de 1990 pelo satélite Cobe, com uma resolução de imagem de cerca de 7 graus, e a sonda Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) da NASA obteve, em 2006, após muita filtragem dos ruídos das emissões “atuais”, uma imagem bem mais nítida do CMB, com uma resolução de cerca de meio grau. Agora, também após um exaustivo processo de filtragem do ruído, o Planck chegou ao limite de resolução possível; Ethan enfatiza que o problema não é o da sensibilidade dos instrumentos do Planck, mas da própria natureza do universo!

A segunda coisa que ele realça é que o universo não só é composto de mais matéria do que se pensava, como também está se expandindo mais devagar do que se calculava. O Parâmetro de Hubble medido pelo Planck é tão menor do que aquele que se usava que, se fosse ele a única diferença encontrada, significaria que o universo seria um bilhão de anos mais velho do que se pensava! (Só que não…) As quantidades de matéria normal e escura são bem maiores do que se acreditava, sobrando uma fatia menor para a energia escura. Em lugar de 73% de energia escura, o Planck nos diz que é algo na faixa de 68 a 69%; a matéria escura deve ficar entre 26 a 26,5% e a matéria bariônica (ou “normal”, da qual somos feitos nós e as estrelas) não é mais só 4,6% do universo: o número subiu para 4,9%. Ah!… Sim… E, em tanto quanto o Planck tem a nos dizer, não há uma “curvatura” no universo: ele é “plano”.

Em outras palavras, existe um pouco mais de matéria normal, uma quantidade significativamente maior de matéria escura e uma quantidade significativamente menor de energia escura do que pensávamos! De forma que, enquanto a taxa de expansão menor nos diz que o universo é mais velho do que acreditávamos, o aumento de matéria (e diminuição da energia escura) nos diz que o universo é mais jovem do que seria de outra forma!

Um universo que fosse composto por 100% de matéria normal + matéria escura, teria apenas uns 10 bilhões de anos, porém o nosso parece ser dividido em cerca de 31,5% de matéria-total e 68,5% de energia escura. De forma que, quando ajustamos nossos atuais dados, chegamos a um universo com 13,81 bilhões de anos, ou seja: 80 milhões de anos mais velho do que nossa melhor estimativa anterior.

Outra coisa que se procurou entre os dados do Planck foi a “assinatura” de ondas gravitacionais primevas, o que corroboraria certos modelos da inflação do universo e descartaria outros. Os dados de polarização ainda estão sendo analisados, mas, por enquanto, nada definitivo emergiu.

Finalmente, os dados confirmam algo muito esquisito, já notado anteriormente: existe um alinhamento das anomalias locais do CMB com o eixo de nossa galáxia, algo que os astrofísicos chamam jocosamente de “eixo do mal”.


Crédito da imagem: ESA e a Colaboração Planck (essa eu não achei o original e kibei direto do blog do Ethan)

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