Uma das questões mais prementes da cosmologia é: “Quanta matéria existe no universo?” Uma equipa internacional de cientistas conseguiu agora medir a quantidade total de matéria pela segunda vez. A equipe relata no The Astrophysical Journal que determinaram que a matéria representa 31% do total de matéria e energia do universo, com a energia escura constituindo o restante.
Mohammed Abdullah, pesquisador do Instituto Nacional Egípcio de Astronomia e Geofísica da Universidade de Chiba, no Japão, explicou: “Os cosmologistas acreditam que apenas cerca de 20% da matéria total é feita de matéria convencional ou matéria ‘bárion’, que inclui estrelas, galáxias, átomos e vida”. Cerca de 80% é composto de matéria escura, cujas propriedades misteriosas ainda não são compreendidas, mas pode ser composta por algumas partículas subatômicas ainda não descobertas. (ver foto). "
"A equipa utilizou uma técnica bem estabelecida para determinar a quantidade total de matéria no Universo, comparando o número observado e a massa de aglomerados de galáxias por unidade de volume com previsões de simulações numéricas," disse a co-autora Gillian Wilson, antiga orientadora de Abdullah, professora de física e vice-reitora de investigação, inovação e desenvolvimento económico na UC Merced. “O número de aglomerados estelares atualmente observados, a chamada ‘abundância de aglomerados’, é muito sensível às condições cosmológicas, especialmente à quantidade de matéria.”
Anatoly Klypin, da Universidade da Virgínia, disse: "Quanto maior for a proporção de matéria total no Universo, mais aglomerados de estrelas serão formados. Mas é difícil medir com precisão a massa de qualquer aglomerado de galáxias porque a maior parte da matéria é matéria escura, que não podemos ver diretamente com telescópios."
Para superar esta dificuldade, a equipe teve que usar um rastreador indireto de massas de aglomerados de galáxias. Eles se baseiam no fato de que aglomerados estelares mais massivos contêm mais galáxias do que aglomerados estelares menos massivos (relação de riqueza de massa: MRR). Como as galáxias são constituídas por estrelas luminosas, o número de galáxias em cada aglomerado pode ser usado para determinar indiretamente a sua massa total. Ao medir o número de galáxias em cada aglomerado na amostra do Sloan Digital Sky Survey, a equipe foi capaz de estimar a massa total de cada aglomerado. Eles então compararam o número observado e a massa de aglomerados de galáxias por unidade de volume com aqueles previstos por simulações numéricas.
O melhor ajuste entre os resultados observacionais e os resultados da simulação é que o universo é composto por 31% da matéria total. Este valor está de acordo com as observações da Fundo Cósmico de Microondas (CMB) do satélite Planck. Vale ressaltar que o CMB é uma tecnologia totalmente independente.
Validação e Tecnologia
Tomoaki Ishiyama, da Universidade de Chiba, disse: "Medimos com sucesso a densidade da matéria usando MRR pela primeira vez, o que está de acordo com os resultados obtidos pela equipe do Planck usando o método CMB. Este trabalho demonstra ainda que a abundância de aglomerados é uma técnica competitiva para restringir parâmetros cosmológicos e é complementar a técnicas sem aglomerados, como anisotropia CMB, oscilações acústicas bariônicas, supernovas tipo Ia ou lentes gravitacionais."
A equipa acredita que os seus resultados são os primeiros a utilizar com sucesso a espectroscopia - uma técnica que separa a radiação em bandas individuais, ou cores do espectro - para determinar com precisão a distância a cada aglomerado e às verdadeiras galáxias membros que estão gravitacionalmente ligadas ao aglomerado, em vez de distratores de fundo ou de primeiro plano ao longo da linha de visão. Estudos anteriores que tentaram usar técnicas de MRR basearam-se em técnicas de imagem muito mais grosseiras e menos precisas, como a utilização de fotos do céu tiradas em determinados comprimentos de onda, para determinar a distância de cada aglomerado às suas galáxias membros reais.
Conclusões e aplicações futuras
O artigo, publicado no Astrophysical Journal em 13 de setembro, não apenas demonstra que a tecnologia MRR é uma ferramenta poderosa para determinar parâmetros cosmológicos, mas também explica como ela pode ser aplicada a novos conjuntos de dados obtidos de imagens grandes, de campo amplo e de campo profundo e levantamentos espectroscópicos de galáxias, como aqueles conduzidos pelo Telescópio Subaru, o Dark Energy Survey, o Dark Energy Spectrograph, o Telescópio Euclid, o Telescópio eROSITA e o Telescópio Espacial James Webb.