Quão escura é a teia cósmica?

O universo é permeado por uma vasta teia invisível, suas gavinhas tecendo no espaço. Mas, apesar de organizar a matéria que vemos no espaço, essa teia negra é invisível. Isso porque ela é composta de matéria escura, que exerce uma atração gravitacional, mas não emite luz. 

Ou seja, a web era invisível até agora. Pela primeira vez, os pesquisadores iluminaram alguns dos cantos mais escuros do universo. 

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Tecendo a web

Há muito tempo, o universo era mais quente, menor e mais denso do que agora. Também foi, em média, muito mais chato. Não havia muita variação na densidade de um lugar para outro. Claro, o espaço era muito mais apertado no geral, mas no universo jovem, não importa aonde você fosse, as coisas eram praticamente as mesmas.

Mas havia diferenças minúsculas e aleatórias na densidade. Essas pepitas tinham um pouco mais de atração gravitacional do que a vizinhança e, portanto, a matéria tendia a fluir para dentro delas. Tornando-se maiores dessa forma, eles desenvolveram uma influência gravitacional ainda mais forte, puxando mais matéria, tornando-os maiores, e assim por diante, por bilhões de anos. Simultaneamente, conforme as pepitas cresciam, os espaços entre elas se esvaziavam.

Ao longo do tempo cósmico, os ricos ficaram mais ricos e os pobres ficaram mais pobres.

Eventualmente, as manchas densas cresceram para se tornar as primeiras estrelas, galáxias e aglomerados, enquanto os espaços entre eles se tornaram os grandes vazios cósmicos.

Agora, depois de 13,8 bilhões de anos neste enorme projeto de construção, o trabalho ainda não foi concluído. A matéria ainda está fluindo do vazio, juntando-se a grupos de galáxias que estão fluindo em aglomerados densos e ricos. O que temos hoje é uma vasta e complexa rede de filamentos de matéria: a teia cósmica.

Uma luz no escuro

A vasta maioria da matéria em nosso universo é escura; não interage com a luz ou com qualquer matéria "normal" que vemos como estrelas e nuvens de gás e outras coisas interessantes. Como resultado, grande parte da teia cósmica é completamente invisível para nós. Felizmente, onde a matéria escura se acumula, também arrasta alguma matéria regular para se juntar à diversão.

Nos bolsos mais densos de nosso universo, onde os sussurros gravitacionais da matéria escura influenciaram matéria regular o suficiente para se aglutinar, vemos a luz: a matéria regular converteu-se em estrelas.

Como um farol em uma praia distante e negra, as estrelas e galáxias nos dizem onde a matéria escura oculta se esconde, dando-nos um contorno fantasmagórico da verdadeira estrutura da teia cósmica.

Com essa visão tendenciosa, podemos ver facilmente os clusters. Eles aparecem como cidades gigantes vistas de um vôo noturno. Nós sabemos com certeza que há uma quantidade enorme de matéria escura nessas estruturas, já que você precisa de muita força gravitacional para reunir tantas galáxias.

E na extremidade oposta do espectro, podemos localizar facilmente os vazios; eles são os lugares onde tudo não está. Como não existem galáxias para iluminar esses espaços, sabemos que eles são, em geral, verdadeiramente vazios.

Mas a grandeza da teia cósmica reside nas linhas delicadas dos próprios filamentos. Estendendo-se por milhões de anos-luz, essas finas gavinhas de galáxias agem como grandes rodovias cósmicas cruzando vazios negros, conectando aglomerados urbanos brilhantes.

Através de uma lente opaca

Esses filamentos na teia cósmica são a parte mais difícil da teia de estudar. Eles têm algumas galáxias, mas não muitas. E eles têm todos os tipos de comprimentos e orientações; em comparação, os clusters e os vazios são brincadeira de criança geométrica. Então, embora saibamos da existência de filamentos, por meio de simulações de computador, por décadas, tivemos muita dificuldade em vê-los.

Recentemente, porém, uma equipe de astrônomos fez um grande avanço no mapeamento de nossa teia cósmica, publicando seus resultados em 29 de janeiro no banco de dados arXiv. Veja como eles começaram a trabalhar:

Primeiro, eles pegaram um catálogo das chamadas galáxias vermelhas luminosas (LRGs) da pesquisa Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS). LRGs são bestas gigantescas de galáxias e tendem a ficar no centro de bolhas densas de matéria escura. E se os LRGs ficam nas regiões mais densas, então as linhas que os conectam devem ser feitas de filamentos mais delicados.

Mas olhar para o espaço entre dois LRGs não vai ser produtivo; não há muitas coisas lá. Então, a equipe pegou milhares de pares de LRGs, realinhou-os e empilhou-os um sobre o outro para fazer uma imagem composta.

Usando essa imagem empilhada, os cientistas contaram todas as galáxias que puderam ver, somando sua contribuição total de luz. Isso permitiu aos pesquisadores medir a quantidade de matéria normal que compõe os filamentos entre os LRGs. Em seguida, os pesquisadores analisaram as galáxias por trás dos filamentos e, especificamente, suas formas.

Quando a luz dessas galáxias de fundo perfurou os filamentos intermediários, a gravidade da matéria escura nesses filamentos empurrou suavemente a luz, mudando levemente as imagens dessas galáxias. Ao medir a quantidade de deslocamento (chamado de "cisalhamento" pelos cientistas), a equipe foi capaz de estimar a quantidade de matéria escura nos filamentos.

Essa medida se alinhava com as previsões teóricas (outro ponto para a existência de matéria escura). Os cientistas também confirmaram que os filamentos não eram totalmente escuros. Para cada 351 sóis de massa nos filamentos, havia 1 só de produção de luz. 

É um mapa rudimentar dos filamentos, mas é o primeiro e definitivamente mostra que, embora nossa teia cósmica seja quase toda escura, ela não é totalmente negra. 

Paul M. Sutter é astrofísico na SUNY Stony Brook e no Flatiron Institute, apresentador de Ask a Spaceman e Space Radio e autor de Your Place in the Universe.

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