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Salvador Nogueira é jornalista de ciência e autor de 11 livros

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Grupo apresenta mapa mais detalhado e vasto da distribuição da matéria escura no Universo

Por Salvador Nogueira

Um grupo internacional de cientistas, com participação brasileira, apresentou nesta quinta-feira (3) o mais preciso e detalhado mapa da distribuição da matéria escura pelo Universo.

Publicados em uma série de artigos científicos pela colaboração Dark Energy Survey (DES), os resultados apoiam o principal modelo cosmológico desenvolvido pelos físicos para descrever a evolução do Universo desde o Big Bang, há cerca de 13,8 bilhões de anos, até hoje. De acordo com ele, do total de matéria e energia contidos no cosmos, apenas 4%, aproximadamente, são feitos das formas conhecidas de matéria — as partículas que formam todas as coisas visíveis, de galáxias a pulgas.

Outros 26% seriam de um tipo diferente de matéria, cuja presença só pode ser detectada por sua influência gravitacional, e que os físicos chamam de matéria escura. E os 70% remanescentes seriam feitos da ainda mais misteriosa energia escura — uma força que, nas maiores escalas cósmicas, parece estar agindo contra a gravidade, acelerando a expansão do Universo.

Apesar de darem rótulos a essas entidades que respondem por uns 96% do total do Universo, a verdade é que os cientistas ainda não sabem exatamente o que são essas tais matéria escura e energia escura. O objetivo do projeto Dark Energy Survey é justamente o de fechar o cerco ao redor delas, e esses primeiros resultados são extremamente animadores.

A colaboração DES, projeto que envolve mais de 400 pesquisadores de 26 instituições em sete países, já está colhendo observações há quatro anos, de um total previsto de cinco. A participação brasileira tem coordenação do LIneA (Laboratório Interinstitucional de e-Astronomia) e apoio do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia (INCT) do e-Universo.

Ao final de cinco anos, a iniciativa terá mapeado um oitavo de todo o céu com uma poderosa câmera de superlativos 570 megapixels, instalada no Telescópio Blanco, com abertura de 4 metros, no Chile.

Detector da DECam, a supercâmera da Dark Energy Survey, instalada no telescópio Blanco, no Chile (Crédito: DES)

Os dados agora apresentados são fruto apenas do primeiro ano de operação, mas já atingiram precisão impressionante. Na faixa do céu vasculhada, o DES investigou nada menos que 26 milhões de galáxias, localizadas às mais variadas distâncias da Terra, com profundidade de vários bilhões de anos-luz.

MAPEANDO O INVISÍVEL

A essa altura, é legítimo perguntar: mas como afinal esses caras estão usando observações de telescópio para mapear coisas que não se pode ver, como a matéria escura e a energia escura?

O segredo, claro, é observar os efeitos que essas entidades invisíveis produzem nas observações. Sabemos que a matéria escura interage com o resto do Universo por meio da gravidade, e um dos fenômenos mais intrigantes previstos pela teoria da relatividade de Einstein é o das lentes gravitacionais — o fato de que a gravidade de objetos pode distorcer raios de luz que venham de fontes mais distantes, na proporção da quantidade total de matéria que possuem.

Nesse sentido, o que a DES faz é observar um montão de galáxias com um cuidado excepcional e aí medir essas suaves distorções — o chamado lenteamento fraco, que, de tão suave, muitas vezes não pode sequer ser percebido senão por análises de computador — para determinar a quantidade de matéria presente nelas.

A DES também procura determinar a distribuição das galáxias e a posição exata de aglomerados de galáxias em vastas regiões do céu. Essas medições ajudam a confrontar o que se esperaria de um Universo “evoluído” segundo o modelo cosmológico mais aceito com a forma real, observável, do cosmos.

Por fim, para medir a energia escura, a DES lança mão da detecção de supernovas do tipo Ia, explosões estelares conhecidas por terem sempre a mesma luminosidade absoluta. Ou seja, são explosões que, tecnicamente, têm o mesmo brilho, de forma que se pode usá-lo como uma referência segura da distância a que se deram (quanto mais distante, menor o brilho aparente visto aqui da Terra). A estimativa da distância pode ser combinada à estimativa da taxa de afastamento de suas galáxias hospedeiras (com base no fato de que a luz de um objeto se “avermelha” na proporção da velocidade com que se afasta de nós, o chamado “redshift”), permitindo estimar o estado de expansão do Universo — se acelerado ou retardado — no momento da explosão de cada uma dessas estrelas.

O QUE APRENDEMOS?

Bem, vamos começar então pela matéria escura. Com as medições de lentes gravitacionais fracas, os pesquisadores da DES puderam modelar como está distribuída essa misteriosa substância que só age sobre o resto do Universo por meio da gravidade. É este mapa aqui.

Mapa completo de matéria do primeiro ano de observações do DES, atualmente o maior guia para detectar a matéria escura no cosmos já desenhado. (Crédito: DES)

Se você acha a aparência dele suspeitamente similar à da radiação cósmica de fundo (mas, claro, numa escala bem diferente), saiba que isso é uma das coisas que mais encantam os cientistas no momento.

O modelo cosmológico padrão espera correlação entre as pequenas flutuações de temperatura da radiação cósmica de fundo e a distribuição atual de matéria no Universo. A ideia é que essas flutuações primordiais presentes pouco depois do Big Bang tenham ditado a evolução do cosmos e determinado seu grau de heterogeneidade, marcado por aglomerados de galáxias e grandes vazios. Então, é bonito ver que o Universo de “hoje” reflete o Universo “primordial” — sinal de que estamos na trilha certa para explicar como saímos de lá e chegamos aqui.

Tão importante quanto, contudo, é que o grau de aglomeração visto no Universo atual seria diferente dependendo do tipo de matéria escura que os cientistas evocam para explicar sua evolução.

Os dados do DES, nesse sentido, se encaixam com a versão “preferida” de matéria escura, chamada de matéria escura fria. Por que fria? Bem, em física, calor é basicamente o grau de agitação das partículas. Esse é o jeito de os cientistas dizerem que a matéria escura provavelmente deve ser formada de partículas mais pesadas e que se movem mais lentamente.

Talvez eles se encaixem também com outras propostas de matéria escura, mas isso ainda está sob investigação. “Analisamos apenas o modelo tradicional de matéria escura fria”, disse ao Mensageiro Sideral Rogério Rosenfeld, pesquisador do Instituto de Física Teórica da Unesp e membro da colaboração DES. “Tenho uma aluna trabalhando com a possibilidade de matéria escura morna, mas não temos resultados ainda.”

Agora, mesmo que a matéria escura fria acabe levando a melhor, que partículas exatamente seriam essas e quais suas propriedades exatas? Isso ainda não estamos perto de poder dizer. Por enquanto, poucas cartas realmente estão fora do baralho.

Sobre a energia escura, por sua vez, o modelo favorito é o da constante cosmológica, uma letrinha que Einstein introduziu às suas equações da relatividade geral para representar uma força contrária à gravidade, hoje normalmente interpretada como a energia do próprio vácuo.

Há alternativas teóricas a ela que circulam por aí. “Tipicamente se considera que existem três possibilidades para a energia escura: ou ela é uma constante cosmológica, ou ela varia com o tempo, ou a relatividade geral tem algum problema”, explica Ricardo Ogando, pesquisador do Observatório Nacional e membro da colaboração DES. “Desde a descoberta da energia escura, a comunidade, principalmente a americana, se organiza para realizar experimentos em estágios que se traduzem em precisão cada vez maior nas medidas, e com isso entendimento cada vez maior. O DES é um projeto de estágio 3 de 4 planejados até a próxima década.”

E o que a análise preliminar com o primeiro ano de dados da iniciativa diz a esse respeito? “A combinação do DES com outros experimentos mostra que o modelo com constante cosmológica é a melhor descrição do Universo”, diz Rosenfeld.

Ainda não dá para cravar que a energia escura age mesmo como uma constante cosmológica, mas certamente, até este momento, é o que está parecendo.

E o quadro deve ficar menos embaçado conforme o projeto prosseguir. “A próxima análise usará dados de três anos, com uma área três vezes maior, e portanto será ainda mais precisa”, destaca o físico da Unesp.

Entender a origem e a evolução do Universo talvez seja o mais profundo e desafiador empreendimento da história da ciência. É bem verdade que ainda há várias interrogações pelo caminho, mas o que fica cada vez mais claro é que a compreensão desta saga de 13,8 bilhões de anos aparentemente não está além da capacidade humana. O que, por si só, é muito impressionante.

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