Pesquisadores do Observatório Astronômico Nacional do Japão (NAOJ), a Universidade de Tóquio e outras instituições começaram um levantamento da distribuição da matéria escura no Universo usando o Hyper Suprime-Cam (HSC), uma nova câmera de campo amplo instalada no telescópio Subaru no Havaí.
© NAOJ/HSC (distribuição da matéria escura)
As linhas de contorno na imagem acima mostram a distribuição da matéria escura obtidas pela HSC, numa seção de 14 x 9,5 minutos de arco.
Os resultados iniciais de observações cobrindo uma área de 2,3 graus quadrados no céu na direção da constelação de Câncer revelou nove grandes concentrações de matéria escura, cada uma tendo a massa de um aglomerado de galáxias.
Foi examinando como a matéria escura é distribuída e como as mudanças de distribuição ao longo do tempo é essencial para a compreensão da função da energia escura que controla a expansão do Universo. Estes primeiros resultados demonstram que os astrônomos têm agora as técnicas e ferramentas para compreender a energia escura. O próximo passo da equipe de pesquisa é expandir a área para cobrir mil graus quadrados no céu, ampliando a possibilidade de desvendar o mistério da energia escura e da expansão do Universo.
Mapeando a matéria escura sobre uma região ampla é fundamental para compreender as propriedades da energia escura, que controla a expansão do Universo. Estes primeiros resultados demonstram que com as técnicas atuais de pesquisa e tecnologia através da HSC, a equipe agora está pronta para explorar como a distribuição da matéria escura no Universo mudou ao longo do tempo, e explorar o Universo.
Desde 1929, quando o astrônomo Edwin Hubble descobriu que o Universo está em expansão, os astrônomos usaram um modelo de trabalho que teve a taxa de expansão abrandada ao longo do tempo. A atração gravitacional, até recentemente, a única força conhecida agindo entre as galáxias, trabalha contra a expansão. No entanto, na década de 1990, estudos de supernovas distantes mostraram que o Universo está se expandindo mais rápido hoje do que era no passado. Esta descoberta necessita de uma mudança dramática na nossa compreensão da física: ou há algum tipo de "energia escura" com uma força repulsiva que obriga as galáxias se distanciarem, ou a física da gravidade precisa de alguma revisão fundamental. Lembrando que o Prêmio Nobel de Física 2011 foi concedido para Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt e Adam G. Riess pela descoberta da expansão acelerada do Universo através de observações de supernovas distantes.
Na expansão acelerada do Universo é útil observar a relação entre a taxa de expansão do Universo e a taxa à qual os objetos cósmicos se formam. Por exemplo, se o Universo está se expandindo rapidamente, levará mais tempo para a matéria se aglutinar e as galáxias se formarem. Por outro lado, se o Universo está se expandindo lentamente, é mais fácil para as estruturas como as galáxias se constituírem. O desafio de confirmar a existência de matéria escura e seu efeito sobre a expansão é que a maior parte da matéria no Universo é escura e não emite luz, ou seja, não pode ser detectada diretamente por telescópios ópticos.
Uma técnica que pode ultrapassar este desafio é a detecção e análise de "lentes gravitacionais fracas". A concentração de matéria escura funciona como uma lente que dobra a luz que vem até mesmo de objetos mais distantes. Ao analisar como que a luz de fundo é dobrada e como a lente distorce as formas dos objetos distantes é possível determinar como a matéria escura é distribuída em primeiro plano. Esta análise da matéria escura e os seus efeitos permitem que os astrônomos determinem como ela foi constituída ao longo do tempo. A história da montagem da matéria escura pode estar relacionada com a história da expansão do Universo, e deve revelar algumas das propriedades físicas da energia escura, sua força e como ela mudou ao longo do tempo.
Para obter uma quantidade suficiente de dados, os astrônomos precisam observar as galáxias localizadas a mais de um bilhão de anos-luz de distância, através de uma área maior do que mil graus quadrados (cerca de um quadragésimo de todo o céu). A combinação do telescópio Subaru, com a sua abertura diâmetro de 8,2 metros, e a Suprime-Cam, predecessora da HSC, com um campo de visão de um décimo de um grau quadrado (comparável ao tamanho da Lua), tem sido uma das ferramentas de maior sucesso na busca de objetos distantes fracos sobre uma vasta área do céu.
Para o levantamento de mil graus quadrados do céu foi utilizado a HSC, uma câmera com a mesma qualidade de imagem da Suprime-Cam, mas com um campo de visão mais de sete vezes maior. A HSC com 870 milhões de pixels foi instalada no Telescópio Subaru em 2012, ela proporciona imagens que cobrem uma área do céu tão grande como nove luas cheias em uma única exposição, com muito pouca distorção e resolução fina de sete milésimos de grau (0,5 segundos de arco).
Os pesquisadores ao medir as formas individuais de inúmeras galáxias criaram um mapa do esconderijo da matéria escura em primeiro plano. O resultado foi a descoberta de nove aglomerados de matéria escura, cada um pesando como um aglomerado de galáxias. A confiabilidade da análise das lentes gravitacionais fracas, e os mapas da matéria escura resultante, foram confirmadas por observações com telescópios que mostram aglomerados de galáxias atuais correspondentes aos aglomerados de matéria escura descobertos pela HSC. A equipe utilizou dados da Deep Lens Survey para identificação dos aglomerados de galáxias ópticos.
O número de aglomerados de galáxias obtidos pela HSC excede previsões dos modelos atuais da história inicial do Universo. Como a equipe de pesquisadores ampliou o mapa de matéria escura de sua meta de mil graus quadrados, os dados devem revelar se esse excesso é real ou apenas um acaso estatístico. Se o excedente for real, ele sugere que a energia escura não era como se esperava no passado, permitindo que o Universo se expandisse delicadamente e as estrelas e galáxias se formassem rapidamente.
Usando lentes gravitacionais fracas para o mapear a matéria escura é uma forma de descobrir objetos astronômicos usando sua massa, ao saber que algo existe e quanto ele pesa, ao mesmo tempo. Ele dá uma medida direta da massa que é normalmente disponível quando é utilizado outros métodos de descoberta. Portanto, os mapas de massa de matéria escura são uma ferramenta essencial para a compreensão da história da expansão do Universo com precisão e exatidão.
Estes são os primeiros resultados científicos da tecnologia HSC e foram aceitos para publicação no periódico Astrophysical Journal.
Fonte: National Astronomical Observatory of Japan
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