Fora do universo visível humano, cerca de 95% da sua composição provém de matéria escura invisível e energia escura. Eles não emitem luz nem são diretamente detectáveis, mas influenciam silenciosamente a evolução de galáxias e estruturas de grande escala através da gravidade e da expansão cósmica. Recentemente, uma equipa internacional composta pela Universidade de Chicago e outras instituições utilizou a Dark Energy Camera (DECam) para realizar análises estatísticas de distorções fracas nas formas de centenas de milhões de galáxias e desenhou um novo mapa do "universo invisível" cobrindo cerca de um terço de todo o céu, trazendo evidências importantes para testar os atuais modelos cosmológicos convencionais.
Este estudo é baseado nas observações do Dark Energy Survey (DES) de 2013 a 2019. A Dark Energy Camera deste último instalada no Telescópio Blanco de 4 metros no Observatório Interamericano Cerro Tololo, no Chile, mediu com precisão as formas de mais de 150 milhões de galáxias, cobrindo cerca de 5.000 graus quadrados do céu, o que equivale a um oitavo de todo o céu. Anteriormente, estes dados desempenharam um papel central no teste do modelo cosmológico padrão de "Λmatéria escura fria" (ΛCDM), e os resultados mais recentes incorporam ainda mais na análise um grande número de imagens capturadas pela câmara, mas não originalmente dentro da área oficial de pesquisa do DES, quase duplicando o número de galáxias que podem ser usadas para pesquisas de lentes gravitacionais fracas.
Numa nova ronda de análise, a equipa de investigação mediu as formas de mais de 100 milhões de galáxias e estimou as suas distâncias à Terra através do desvio para o vermelho dos seus espectros, captando assim simultaneamente a distribuição da projeção e a informação tridimensional da profundidade das galáxias no céu. Quando a luz dessas galáxias viaja pelo universo, ela será levemente “puxada” pela gravidade da matéria ao longo do caminho e aparecerá como um corte de forma extremamente fina nas imagens dos telescópios da Terra. Este efeito é chamado de “lente gravitacional fraca” e é uma ferramenta fundamental para inferir a distribuição da matéria no universo e examinar o grau de aglomerados de matéria escura e o papel da energia escura.
Neste trabalho, denominado projeto de cisalhamento cósmico "DECADE", os cientistas usaram esses dados de forma e distância para ajustar o modelo ΛCDM, concentrando-se em se a taxa de crescimento da estrutura cósmica ao longo do tempo é consistente com as previsões do modelo. Os resultados da pesquisa mostram que os parâmetros de "agrupamento" do universo obtidos usando este conjunto de dados independentes são consistentes com medições anteriores de lentes fracas e também estão em boa concordância com os parâmetros do universo inicial deduzidos da radiação cósmica de fundo em micro-ondas. Nenhuma evidência de "tensão óbvia entre o universo tardio e o universo primitivo" que tenha sido controversa nos últimos anos foi encontrada.
A equipe também combinou as medições de lentes fracas do DECADE com dados originais do DES para construir uma amostra de análise de lentes de galáxias que cobre o maior número de galáxias e a mais ampla área do céu até agora, totalizando cerca de 270 milhões de galáxias, cobrindo cerca de 13.000 graus quadrados de céu, o que representa cerca de um terço de todo o céu. Graças a uma amostra tão grande, os pesquisadores podem adotar uma estratégia de controle de qualidade mais conservadora em suas análises, usando apenas os pontos de dados mais confiáveis com os menores erros sistemáticos, e ainda obter restrições de alta precisão que são suficientes para comparar de frente com os resultados cósmicos de fundo em micro-ondas.
Este trabalho foi descrito pelos investigadores como “um levantamento não convencional de lentes fracas” porque utilizou um grande número de imagens históricas previamente obtidas pela comunidade astronómica para outros alvos científicos e espalhadas em arquivos, em vez de um plano de observação dedicado a longo prazo concebido desde o início para lentes fracas. Nas soluções tradicionais, um grande número de fotos que não atendem a determinados padrões rígidos de qualidade de imagem serão descartados. No entanto, a equipa DECADE adotou condições de rastreio mais flexíveis sob a premissa de testar rigorosamente os erros sistemáticos, provando que mesmo os dados que não “nasceram para lentes” ainda podem apoiar uma análise cosmológica robusta, desde que sejam submetidos a uma calibração cuidadosa e a uma avaliação de qualidade.
A própria câmera de energia escura está equipada com 62 detectores CCD de ultra-alta sensibilidade, que podem fotografar o espaço profundo do universo a uma profundidade sem precedentes. É uma das principais instalações para a atual pesquisa de lentes fracas e energia escura. Neste projeto, cientistas da Universidade de Chicago, do Fermilab, do Centro Nacional de Aplicações de Supercomputação da Universidade de Illinois, bem como do Laboratório Nacional de Argonne, da Universidade de Wisconsin-Madison e de outras instituições colaboraram para formar uma força conjunta na recuperação de dados, revisão manual da qualidade da imagem, métodos de medição de forma e análise estatística cosmológica, transformando essas observações de arquivo "redescobertas" em novas armas cosmológicas.
O recém-lançado catálogo de galáxias moldadas foi aberto à comunidade científica e rapidamente atraiu a atenção das comunidades de cosmologia e astronomia. Tem sido usado em muitos tópicos, como no estudo de galáxias anãs e no mapeamento da distribuição de massa do universo. Os pesquisadores disseram que, à medida que projetos de maior escala, como o "Levantamento do Patrimônio do Tempo e do Espaço" do Observatório Vera Rubin (Rubin LSST), forem lançados no futuro, esta experiência mostra que fazer bom uso de todas as imagens disponíveis, em vez de apenas amostras "perfeitas", deverá melhorar significativamente a precisão da medição das propriedades da matéria escura e da energia escura, fornecendo pistas mais claras para a compreensão deste "universo 95% invisível".
Compilado de /ScitechDaily