Mais vazio que o vácuo e tão pesado quanto dez Vias Lácteas: Astrônomos localizam a matéria visível perdida

O que os cosmólogos nos vendem como o modelo padrão do universo é, na verdade, uma piada. De acordo com o modelo, o universo consiste em apenas 5% de átomos comuns. Os 95% restantes são formas "escuras" de matéria e energia, para as quais ainda não foi encontrada uma explicação satisfatória. Na verdade, a situação é ainda pior. Mesmo com a matéria comum, apenas 60 a 70% foram detectados por telescópios até agora.

O problema da matéria normal ausente está prestes a ser resolvido. Dois grupos de pesquisa determinaram independentemente onde ela se esconde e quais propriedades possui.

A matéria normal surgiu logo após o Big Bang. É a substância da qual estrelas e planetas são formados. A grande maioria dessa matéria, no entanto, existe como gás difuso, que não brilha tanto quanto as estrelas no céu. Parte desse gás foi localizada anos atrás. Ele é encontrado entre as estrelas, nos halos das galáxias ou mesmo no espaço entre as galáxias. No entanto, se somarmos todas as quantidades conhecidas, não chegamos nem perto da quantidade que teoricamente deveria ter sido criada no Big Bang.

Os astrônomos têm um palpite sobre onde a matéria perdida pode estar. De acordo com simulações computacionais, uma delicada rede de gás quente se estende pelo universo, conectando as galáxias brilhantes. A matéria deve estar distribuída de forma extremamente esparsa nesses filamentos de gás. Espera-se uma densidade de 0,1 a 30 átomos por metro cúbico.

Este gás extremamente fino emite apenas radiação fraca. Portanto, ainda não foi possível caracterizar com precisão os filamentos individuais na rede. Medições anteriores com telescópios de raios X revelaram uma densidade de gás cinco vezes maior, afirma Konstantinos Migkas, da Universidade de Leiden. Isso se deve à radiação de raios X interferente dos buracos negros embutidos na delicada rede.

O grupo de Migkas conseguiu isolar essa radiação interferente pela primeira vez e removê-la dos dados. Os pesquisadores combinaram observações com os telescópios de raios X Suzaku e XMM-Newton. Para suas medições, selecionaram um filamento gigante conectando quatro aglomerados de galáxias. Ele se estende por uma distância de 23 milhões de anos-luz, o que o torna 230 vezes maior que a nossa Via Láctea.

As medições revelaram que o gás nos filamentos tem uma temperatura de dez milhões de graus Celsius e contém cerca de dez átomos por metro cúbico. Isso representa menos átomos do que no melhor vácuo que pode ser criado em laboratório. Mesmo assim, o filamento tem a massa de dez Vias Lácteas. Isso dá uma ideia de quão vasto ele é.

"A densidade e a temperatura do gás são consistentes com os resultados de simulações computacionais baseadas no Modelo Padrão da Cosmologia", diz Migkas. No entanto, até o momento, apenas um único filamento da teia cósmica foi estudado com tantos detalhes. Portanto, ainda não é possível afirmar quão representativo ele é.

É aqui que entra o segundo grupo de trabalho, liderado por Liam Connor, da Universidade Harvard. Os pesquisadores compilaram um catálogo de rajadas rápidas de rádio. São rajadas curtas de radiação eletromagnética de longo comprimento de onda que ocorrem em galáxias distantes. Em seu caminho para a Terra, essa radiação atravessa o gás difuso no meio intergaláctico. A parte de baixa energia da radiação é desacelerada mais do que a parte de alta energia. A radiação de rádio é, portanto, espalhada de forma semelhante à luz em um prisma.

Esse efeito permitiu aos pesquisadores ponderar a matéria comum e atribuí-la a diferentes meios. Eles descobriram que 76% dela está localizada no meio intergaláctico e 15% no halo das galáxias. Os 9% restantes são compostos por estrelas e gás frio nas galáxias. Somados, esses valores totalizam 100%.

Para Connor, isso resolve o problema da matéria visível ausente. Migkas também acredita que os dois trabalhos complementares aliviam significativamente o problema. Agora sabemos onde a matéria ausente está escondida e quais propriedades ela possui.

O surpreendente no trabalho de Connor é que tanta matéria normal é encontrada no meio intergaláctico e tão pouca no halo das galáxias. Os pesquisadores atribuem isso a processos de retroalimentação. Por um lado, a gravidade puxa o gás para dentro das galáxias. Por outro, ele é soprado de volta para o espaço intergaláctico pelo vento de partículas de explosões de supernovas e buracos negros supermassivos.

Isso poderia ajudar a explicar uma discrepância que vem preocupando os cosmólogos há vários anos. O universo atual parece ser menos irregular do que sugerem as observações do universo primitivo. Essa discrepância tem sido chamada de tensão _S8 . Embora não seja tão grave quanto a tensão de Hubble, que afeta a taxa de expansão do universo, as duas tensões juntas levantam dúvidas sobre se o Modelo Padrão da cosmologia descreve com precisão a evolução do universo.

Questionado, Connor escreve que as medições de seu grupo sugerem que a matéria normal no universo é homogeneizada por processos de feedback nas galáxias. Assim, a voltagem _S8 pode ser explicada sem novas físicas exóticas.

Simulações computacionais precisarão demonstrar se os efeitos de feedback são de fato fortes o suficiente para reconciliar as medições contraditórias. As dúvidas são justificadas. Embora o feedback afete a matéria normal, ele não afeta a matéria escura no halo das galáxias. Portanto, seria surpreendente se a gravidade da matéria normal fosse suficiente para distribuir a quantidade muito maior de matéria escura de forma mais uniforme por todo o universo.