Depois de contar toda a matéria regular e luminosa nos lugares óbvios do universo – galáxias, aglomerados de galáxias e o meio intergalático – cerca de metade dela ainda está faltando. Portanto, não apenas 85% da matéria do universo é composta de um desconhecido, substância invisível apelidada de "matéria escura", nem conseguimos encontrar toda a pequena quantidade de matéria regular que deveria estar lá.

Isso é conhecido como o problema dos "bárions ausentes". Bariões são partículas que emitem ou absorvem luz, como prótons, nêutrons ou elétrons, que compõem a matéria que vemos ao nosso redor. Pensa-se que os bárions ocultos estejam ocultos em estruturas filamentosas que permeiam todo o universo, também conhecido como "a teia cósmica".

Mas essa estrutura é ilusória e até agora só vimos vislumbres dela. Agora um novo estudo, publicado em Ciência, oferece uma visão melhor que nos permitirá ajudar a mapear sua aparência.

A teia cósmica fornece o andaime da estrutura de grande escala no universo, prevista pelo "modelo cosmológico padrão". Os cosmologistas acreditam que existe uma rede cósmica escura, feita de matéria escura, e uma rede cósmica luminosa, composta principalmente de gás hidrogênio.

De fato, acredita-se que 60% do hidrogênio criado durante o large Bang residam nesses filamentos.

A rede de filamentos de gás também é conhecida como "meio intergalático quente-quente"(WHIM), porque é aproximadamente tão quente quanto o inside do Sol. É provável que as galáxias se formem na interseção de dois ou mais desses filamentos, onde a matéria é mais densa, com os filamentos conectando todos os aglomerados de galáxias no universo.

Até agora, não conseguimos detectar a matéria escura. Isso ocorre porque não emitir ou absorver luz portanto, não pode ser observado com telescópios comuns. Os filamentos cósmicos da rede também são muito difíceis de encontrar, pois são muito difusos e não emitem luz suficiente para serem detectados.

Desde a previsão original, houve uma intensa busca pela teia cósmica, usando uma variedade de métodos.

Um deles se baseia em objetos brilhantes que ficam no fundo ao longo da mesma linha de visão que um filamento de gás. Os átomos de hidrogênio nos filamentos podem absorver a luz em um comprimento de onda específico no ultravioleta. Isso pode ser detectado como linhas de absorção na luz do objeto de fundo, quando dividido em um espectro por comprimento de onda.

Este método foi aplicado usando quasares, que são objetos maciços muito brilhantes a grandes distâncias e mesmo com fundo galáxias.

Galáxias iluminando an on-line

O novo estudo conseguiu detectar o gás de uma maneira totalmente nova, que permite imagens bidimensionais da rede cósmica, em vez de depender da localização aleatória de uma fonte brilhante por trás da nuvem de gás usada nos estudos de absorção.

O objeto que eles estudaram, cativante chamado SSA22, é um proto-aglomerado, o que significa que é um aglomerado de galáxias em sua infância. Está muito mais distante do que os bits medidos anteriores da teia cósmica – sua luz viajou cerca de 12 bilhões de anos para chegar até nós. Isso significa que estamos olhando no tempo para os estágios iniciais do universo, permitindo que os cientistas investiguem como os filamentos foram reunidos pela primeira vez.

Alguns anos atrás, várias galáxias extremamente brilhantes e formadas por estrelas, chamadas "galáxias sub-milimétricas", foram detectou perto do seu centro. Este novo estudo encontrou 16 dessas galáxias e oito poderosas fontes de raios-X, uma rara super-densidade desses objetos nesta época inicial.

Os objetos fornecem uma quantidade abundante de radiação ionizante a todo o gás hidrogênio dos filamentos, o que faz emitir luz que podemos detectar – uma técnica que tem muito mais promessa do que absorção.

Outro mistério que este estudo ajuda a resolver é a formação de galáxias sub-milimétricas. A explicação mais amplamente aceita é que elas se formam como resultado da fusão de duas galáxias normais, formando uma galáxia maciça com o dobro da quantidade de luz.

Contudo, simulações de computador mostram que essas galáxias podem crescer a partir do gás frio que entra na teia cósmica vizinha. Este cenário é confirmado por este novo estudo.

  aglomerado de galáxias massivo da simulação, com filamentos. (Joshua Borrow / C-EAGLE) aglomerado de galáxias massivo da simulação, com filamentos. (Joshua Borrow / C-EAGLE)

Mapa detalhado

O novo estudo abre caminho para um mapeamento bidimensional mais sistemático de filamentos de gás que pode nos contar sobre seus movimentos no espaço.

Estudos futuros ajudam a mapear ainda mais a teia cósmica oculta. Além de observar aglomerados de galáxias cheios de objetos brilhantes, também podemos rastrear as emissões da internet em rádio ou Raio X comprimentos de onda. No entanto, o raio X rastreia um gás muito mais quente que a maior parte do WHIM. O proposto Observatório de raios X de Athena fornecerá uma imagem completa dos filamentos quentes ao redor dos aglomerados de galáxias no universo próximo.

Outra missão proposta para além de 2050 é usar o fundo cósmico de microondas – a luz que resta do large Bang – como um "luz de fundo" e procure impressões finas deixadas nele pela teia cósmica.

Todas essas ferramentas revelarão toda a estrutura da teia cósmica e nos fornecerão um censo definitivo da matéria no universo.

Além do mais, sabemos que os bárions se instalam nos filamentos de matéria escura do universo para fazer seus próprios filamentos, como espuma sobre uma onda existente. Isso significa que mapas detalhados dos filamentos de gás podem nos ajudar a rastrear a estrutura mais oculta da matéria escura e, finalmente, nos ajudar a entender sua natureza misteriosa. A conversa

Fonte Andreea, Professor sênior do Instituto de Pesquisa em Astrofísica, Universidade John Moores de Liverpool.

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