A previsão da gravidade de Albert Einstein foi confirmada por uma equipe internacional de pesquisadores que explora como esta força fundamental opera em escalas cósmicas. Cientistas, incluindo astrofísicos da Universidade de Portsmouth, usaram o espectrorradiômetro de energia escura (DESI) para mapear o agrupamento de quase 6 milhões de galáxias durante um período de 11 bilhões de anos. A sua análise detalhada dos dados do primeiro ano do DESI é um dos testes mais rigorosos da teoria geral da relatividade de Einstein numa escala tão grande, fornecendo informações cruciais sobre como a gravidade molda o universo.
As previsões de Albert Einstein sobre como funciona a gravidade foram verificadas em escala cósmica.
Uma equipa internacional de investigadores estudou os efeitos da gravidade em escalas cósmicas e as suas descobertas apoiam as previsões de Albert Einstein sobre como funciona a gravidade.
Espectrômetro de energia escura (
Uma análise complexa dos dados do primeiro ano do DESI fornece um dos testes mais rigorosos até agora sobre como a relatividade geral e a gravidade se comportam em escalas cósmicas.
A observação das galáxias e do seu agrupamento ao longo do tempo revela como a estrutura do Universo cresceu, permitindo ao DESI testar a teoria da gravidade modificada - uma explicação alternativa para a expansão acelerada do Universo.
O DESI é gerenciado pelo Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) do Departamento de Energia dos EUA (DOE). As instituições que participam do DESI no Reino Unido incluem:
Análise da estrutura de expansão do universo
Ao estudar como as galáxias se aglomeram ao longo do tempo, os investigadores descobriram padrões que revelam como a estrutura do Universo evoluiu.
Isto permitiu aos cientistas do DESI testar a teoria da gravidade modificada – uma explicação alternativa para a expansão acelerada do universo, muitas vezes atribuída à energia escura.
Eles descobriram que as galáxias se aglomeram de uma forma que corresponde ao nosso modelo gravitacional padrão e às previsões de Einstein.
O resultado valida os principais modelos do universo e limita possíveis teorias modificadas da gravidade que foram propostas como alternativas para explicar observações inesperadas, como a expansão do universo.
Colaborações e insights de pesquisa
Várias universidades no Reino Unido estão envolvidas nos resultados de investigação mais recentes do DESI, incluindo a Universidade de Portsmouth, a Universidade de Durham e a University College London.
Hoje, a equipe de colaboração do DESI publicou vários artigos no repositório online arXiv para compartilhar os resultados de suas pesquisas.
A nova análise foi realizada por uma equipe liderada pelo Dr. Seshadri Nadathur, Professor Associado do Instituto de Cosmologia e Gravitação da Universidade de Portsmouth.
Nadatur disse: "Os dados que recolhemos com o DESI permitem-nos medir padrões subtis na forma como as galáxias se aglomeram. O que é realmente emocionante é que podemos usar estes padrões não só para medir a rapidez com que o Universo se está a expandir, mas até para testar a nossa compreensão da própria gravidade! A relatividade geral tem-se mantido muito bem até agora, mas estamos a ver algumas surpresas quando se trata da energia escura."
Explore questões fundamentais da física
Nathan Findlay, estudante de doutorado na Universidade de Portsmouth, também liderou parte do trabalho para quantificar algumas das incertezas na análise. “É incrível o que podemos aprender sobre a matéria escura, a energia escura, a história e o destino do universo, e até mesmo uma teoria correta da gravidade – todas essas questões fundamentais da física – com esses dados do DESI”, disse ele. "Estou muito animado por fazer parte disso."
Testando a gravidade em escala cosmológica
A Dra. Pauline Zarrouk, cosmóloga do Laboratório de Física Nuclear e de Altas Energias (LPNHE) do Centro Nacional Francês de Pesquisa Científica (CNRS), co-liderou a nova análise.
Zaluk, que foi pesquisador de pós-doutorado no Instituto de Cosmologia Computacional da Universidade de Durham e agora é pesquisador visitante acadêmico no Instituto, disse: “A relatividade geral foi bem verificada na escala do sistema solar, mas também precisamos verificar se nossas suposições são válidas em escalas maiores.
"Estudar a taxa de formação das galáxias permite-nos testar diretamente a nossa teoria e, até agora, somos consistentes com as previsões da relatividade geral em escalas cosmológicas."
Massa de neutrinos e agrupamento de galáxias
A análise detalhada dos dados do DESI, liderada pelos pesquisadores da Universidade de Durham, Dr. Willem Elbers e Professor Carlos Frenk, fornece um novo limite superior para a massa dos neutrinos.
Os neutrinos têm um efeito mínimo nos padrões de agrupamento de galáxias, mas isso pode ser medido pela qualidade dos dados do DESI. Os experimentos do Neutrino Laboratory estabeleceram um limite inferior para as massas dos neutrinos; notavelmente, a distribuição de galáxias no DESI estabeleceu um limite superior para esta massa, que agora está muito próximo do limite inferior, com um valor de cerca de um décimo milionésimo da massa do elétron.
A Durham University é um membro importante da colaboração do DESI e também projetou e construiu o sistema de fibra óptica para fornecer luz ao espectrômetro do DESI. Os cientistas da Universidade de Durham também conduziram simulações do universo em supercomputadores, que foram cruciais na interpretação dos dados do DESI.
O professor Carlos Frenk, membro da equipe do DESI e do Instituto de Cosmologia Computacional da Universidade de Durham, disse: “A relatividade geral é uma das teorias mais elegantes e profundas da física.
"Igualmente notável, o DESI lança luz sobre o mistério de longa data da massa dos neutrinos. Estas minúsculas partículas elementares têm muito pouca massa, mas a gravidade que produzem colectivamente afecta o movimento e agrupamento de galáxias no espaço. O tamanho e a massa sem precedentes do conjunto de dados do DESI tornam possível detectar esses pequenos efeitos, o que é emocionante tanto para cosmólogos como para físicos de partículas."
Contribuições do DESI para a física e cosmologia
O DESI contém 5.000 “olhos” de fibra óptica, cada um dos quais pode coletar a luz de uma galáxia em 20 minutos. Os pesquisadores da UCL, também um membro importante da colaboração DESI, ajudaram a projetar, montar e construir os corretores ópticos do DESI – seis lentes, a maior das quais com 1,1 metros de diâmetro, que focam a luz no “olho”.
Em abril deste ano, o DESI criou o maior mapa tridimensional do universo até hoje e revelou pistas sobre como a energia escura pode evoluir ao longo do tempo.
A análise de abril analisou uma característica especial do aglomerado de galáxias chamada oscilações acústicas bariônicas (BAO). A nova análise, chamada de “análise em escala real”, amplia o escopo da análise para extrair mais informações dos dados, medindo como as galáxias e a matéria estão distribuídas em diferentes escalas no espaço.
Tal como estudos anteriores, as descobertas de hoje utilizam uma técnica que não revela os resultados aos cientistas até ao fim, reduzindo qualquer preconceito inconsciente.
Mais informações sobre esta descoberta
DESI é um instrumento de última geração capaz de capturar a luz de 5.000 galáxias simultaneamente. Ele foi projetado, construído e operado com financiamento do Escritório de Ciência do Departamento de Energia dos EUA.
O DESI está localizado no Arizona e instalado no telescópio Nicholas U-Mayor de 4 metros no Observatório Nacional Kitt Peak e faz parte do programa NOIRLab da National Science Foundation. O DESI é um estudo de cinco anos que está agora no seu quarto ano, com o objetivo de recolher dados sobre aproximadamente 40 milhões de galáxias e quasares até ao final do projeto.
A equipa colaborativa está atualmente a analisar dados recolhidos durante os primeiros três anos da pesquisa e planeia publicar medições atualizadas da energia escura e da história de expansão do Universo até à primavera de 2025. Os resultados expandidos de hoje são consistentes com descobertas anteriores, sugerindo que a energia escura está a evoluir, aumentando ainda mais as expectativas para a próxima fase de análise.
Os colaboradores do DESI sabiam que a sua investigação estava a ser conduzida em Iolkam Du'ag (Kitt Peak), que tem um profundo significado cultural para o povo Tohono O'odham.
Compilado de /ScitechDaily