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ONDE, NO UNIVERSO, SE ESCONDE A MATÉRIA EM FALTA?
19 de fevereiro de 2019

 


Os astrónomos têm usado o Chandra para, possivelmente, identificar a localização de um-terço do hidrogénio, hélio e outros elementos que foram formados após o Big Bang, mas até agora não tem dado resultados para o Universo atual. Esta "matéria em falta" pode estar em filamentos gigantescos de gás morno e quente conhecidos como WHIM. O gráfico mostra a assinatura de como os raios-X de um quasar distante foram absorvidos pelo gás nestes filamentos. Foi sobreposto numa imagem da simulação Millenium que formula como os componentes fundamentais do Universo, incluindo o WHIM, evoluíram ao longo do tempo.
Crédito: ilustração - Springel et al. (2015); espectro - NASA/CXC/CfA/Kovacs et al.
(clique na imagem para ver versão amior)

 

Os astrónomos passaram décadas à procura de algo que parece ser difícil de não notar: cerca de um-terço da matéria "normal" do Universo. Novos resultados do Observatório de raios-X Chandra da NASA podem ter ajudado a localizar esta elusiva matéria em falta.

A partir de observações independentes e bem estabelecidas, os cientistas calcularam com confiança quanta matéria normal - hidrogénio, hélio e outros elementos - existia logo após o Big Bang. No espaço de tempo entre os primeiros minutos e os primeiros mil milhões de anos, grande parte da matéria normal estabeleceu-se na poeira, no gás e em objetos como estrelas e planetas que os telescópios podem ver no Universo atual.

O problema é que quando os astrónomos somam a massa de toda a matéria normal no Universo atual, cerca de um-terço não pode ser encontrada (esta matéria em falta é distinta da ainda misteriosa matéria escura).

Uma ideia é que a massa em falta foi reunida em filamentos gigantescos de gás morno (temperatura inferior a 100.000 K) e quente (temperatura superior a 100.000 K) no espaço intergaláctico. Estes filamentos são conhecidos dos astrónomos como "meio intergaláctico morno-quente" ou WHIM (inglês para "warm-hot intergalactic medium"). São invisíveis aos telescópios óticos, mas alguns destes filamentos gasosos e mornos foram detetados no ultravioleta.

Usando uma nova técnica, os investigadores descobriram novas e fortes evidências do componente quente do WHIM com base em dados do Chandra e de outros telescópios.

"Se encontrarmos esta massa em falta, podemos resolver um dos maiores enigmas da astrofísica," comentou Orsolya Kovacs do Centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica em Cambridge, no estado norte-americano de Massachusetts. "Onde é que o Universo escondeu tanto da sua matéria que compõe 'coisas' como estrelas, planetas, como nós?"

Os astrónomos usaram o Chandra para procurar e estudar filamentos de gás morno situado ao longo do percurso até um quasar, uma fonte brilhante de raios-X alimentada por um buraco negro supermassivo em rápido crescimento. Este quasar está localizado a cerca de 3,5 mil milhões de anos-luz da Terra. Se o componente de gás quente do WHIM estiver associado com estes filamentos, alguns dos raios-X do quasar seriam por ele absorvidos. Portanto, procuraram uma assinatura de gás quente impressa nos raios-X detetados pelo Chandra.

Um dos desafios deste método é que o sinal de absorção pelo WHIM é fraco em comparação com a quantidade total de raios-X provenientes do quasar. Ao procurarem em todo o espectro de raios-X, em diferentes comprimentos de onda, é difícil distinguir tais características de absorção fraca - sinais reais do WHIM - de flutuações aleatórias.

Kovacs e a sua equipa superaram este problema focando a sua investigação apenas em certas partes do espectro de raios-X, reduzindo a probabilidade de falsos positivos. Em primeiro lugar, identificaram galáxias perto da linha de visão do quasar, localizadas à mesma distância da Terra que regiões de gás quente detetadas a partir de dados ultravioleta. Com esta técnica, identificaram 17 possíveis filamentos entre o quasar e a Terra e obtiveram as suas distâncias.

Por causa da expansão do Universo, que estica a luz enquanto viaja, qualquer absorção de raios-X pela matéria nesses filamentos será desviada para comprimentos de onda mais vermelhos. As quantidades dos desvios dependem das distâncias conhecidas do filamento, de modo que a equipa sabia onde procurar no espectro a absorção pelo WHIM.

"A nossa técnica é semelhante, em princípio, a levar a cabo uma busca eficiente por animais nas vastas planícies de África," disse Akos Bogdan, coautor do artigo, também do Centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica. "Sabemos que os animais precisam de beber, por isso faz sentido procurar primeiro em volta de corpos de água."

Embora este foco na sua investigação tenha ajudado, os cientistas também tiveram que superar o problema da fraca absorção dos raios-X. Aumentaram o sinal juntando espectros de 17 filamentos, transformando uma observação de 5,5 dias no equivalente a quase 100 dias de dados. Com esta técnica, detetaram oxigénio com características que sugerem que se encontrava num gás com uma temperatura de aproximadamente um milhão kelvin.

Ao extrapolar essas observações do oxigénio para o conjunto completo de elementos, e da região observada para o Universo local, os investigadores relatam que podem explicar a quantidade total de matéria em falta. Pelo menos neste caso em particular, a matéria em falta estava realmente escondida no WHIM.

"Ficámos entusiasmados por termos conseguido rastrear parte desta matéria em falta," disse o coautor Randall Smith, também do Centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica. "No futuro, podemos aplicar este mesmo método a outros dados de quasares para confirmar que este mistério de longa data foi finalmente quebrado."

O artigo que descreve estes resultados foi publicado na edição de 13 de fevereiro da revista The Astrophysical Journal e está disponível online.

 


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Links:

Núcleo de Astronomia do CCVAlg:
22/06/2018 - XMM-Newton encontra material intergaláctico em falta
20/04/2018 - Onde está a matéria em falta do Universo?

Notícias relacionadas:
NASA (comunicado de imprensa)
Observatório de raios-X Chandra (comunicado de imprensa)
Centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica (comunicado de imprensa)
Artigo científico (The Astrophysical Journal)
Onde esconde o Universo a sua matéria em falta? (Chandra via YouTube)
Artigo científico (arXiv.org)
Space Daily
PHYSORG

Universo:
Universo (Wikipedia)
Idade do Universo (Wikipedia)
Estrutura a grande-escala do Universo (Wikipedia)
Big Bang (Wikipedia)
Cronologia do Big Bang (Wikipedia)

WHIM:
Wikipedia
Barião (Wikipedia)

Observatório Chandra:
Página oficial (Harvard)
Página oficial (NASA)
Wikipedia

 
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