Durante décadas, os astrônomos brincaram de esconde-esconde com o fantasma. Sabemos que ele existe, escondido em todos os cantos do espaço, porque sentimos a sua gravidade. E também sabemos que a sua massa é cinco vezes a massa de toda a matéria visível. Na verdade, se pudéssemos observar … O universo “de fora”, veríamos que tudo o que brilha (estrelas, nuvens de gás, planetas e nós mesmos) nada mais é do que uma fina camada de gelo sobre um oceano invisível, escuro e gigantesco. Chamamos esta vastidão oculta de “matéria escura” e tivemos que esperar até Janeiro de 2007 até que os cientistas, graças ao Telescópio Espacial Hubble, criassem o primeiro mapa da sua distribuição.
Agora, usando o Telescópio Espacial James Webb, uma equipe internacional de cientistas liderada pela Universidade de Durham (Reino Unido), pelo Laboratório de Propulsão a Jato (JPL) da NASA e pela École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) acaba de criar o mapa de maior resolução até o momento desta substância indescritível. E os resultados, publicados recentemente na revista Nature Astronomy, não só confirmam as nossas suspeitas, mas também nos oferecem uma visão excepcionalmente detalhada da nossa história: sem este arquitecto invisível, a vida nunca teria surgido.
“Esqueleto” do Universo
Mas o que exatamente James Webb viu, ou melhor, “antecipou”? Vamos pensar no corpo humano. Quando olhamos para uma pessoa, vemos a sua pele, os seus olhos, as suas roupas. Mas o que lhe dá forma, o que lhe permite permanecer em pé e não ser uma massa disforme espalhada pelo chão, é o esqueleto.
Exatamente a mesma coisa acontece com o Universo. A matéria comum (bárions), a matéria de que todos somos feitos, assim como a Terra e todas as estrelas que vemos no céu, mal representa 5% do conteúdo do cosmos. E vemos essa matéria porque ela “brilha”, ou seja, emite radiação, seja ela visível, infravermelha, ultravioleta ou na forma de raios X, ondas de rádio ou raios gama. A matéria escura, por outro lado, apesar de ser cerca de cinco vezes maior (cerca de 27% da massa do Universo), é completamente invisível porque não emite nada, ou pelo menos nada que os nossos olhos ou os nossos instrumentos possam medir e observar. Sabemos que ele existe apenas porque permite que sua força gravitacional seja sentida em objetos que podemos ver, que se movem e são controlados de acordo com seus “comandos” invisíveis.
Bilhões de partículas de matéria escura passam pelo nosso corpo a cada segundo, sem que percebamos. Mas sem gravidade, a nossa galáxia desmoronaria devido à sua própria rotação.
Um novo estudo confirma que a matéria escura realmente atua como um “esqueleto cósmico”. Este não é um simples “preenchimento”, mas uma estrutura fundamental que permite que todo o Universo se desdobre diante de nós tal como o vemos. Segundo pesquisas, no início dos tempos, essa estranha matéria foi a primeira a se aglomerar, criando enormes “poços gravitacionais”. Esses poços funcionavam como ímãs, atraindo matéria comum (hidrogênio e hélio). E foi aí, no centro destes coágulos de escuridão, que se acenderam as primeiras estrelas e nasceram as primeiras galáxias.
Sem estes “pedaços” iniciais de matéria escura, o gás no Universo permaneceria disperso e disperso por muito mais tempo. Ou seja, a matéria escura “acelerou” o Universo, e como resultado a formação de galáxias e estrelas começou muito antes do que teria acontecido por si só. E assim, ao promover o relógio cósmico, criou as condições necessárias para a produção dos elementos pesados (carbono, oxigênio, ferro) que hoje correm em nossas veias.
“Ao revelar a matéria escura com uma precisão sem precedentes,” explica Gavin Leroy do Instituto de Cosmologia Computacional da Universidade de Durham e um dos principais autores do estudo, “o nosso mapa mostra como a componente invisível do Universo estruturou a matéria visível de tal forma que permitiu o surgimento de galáxias, estrelas e, em última análise, da própria vida. “Este mapa revela o papel invisível mas importante da matéria escura, o verdadeiro arquitecto do Universo, organizando gradualmente as estruturas que vemos nos nossos telescópios.”
Procurando pelo “fantasma”
Mas como fotografar algo que é, por definição, invisível? Como já mencionado, a matéria escura não emite, reflete ou absorve luz em nenhum dos seus comprimentos de onda. E passa pela matéria comum, como um fantasma passando por uma parede. Na verdade, neste momento, enquanto você lê isto, há bilhões de partículas de matéria escura passando por você sem que você perceba.
“Onde quer que encontremos matéria normal no Universo hoje,” diz Richard Massey, co-autor do estudo, “também encontraremos matéria escura. Bilhões de partículas de matéria escura passam pelo nosso corpo a cada segundo. Não há nenhum dano nisso, elas não nos notam e simplesmente seguem em frente. Mas toda a nuvem rodopiante de matéria escura em torno da Via Láctea tem gravidade suficiente para manter toda a nossa galáxia unida. Sem matéria escura, a Via Láctea se dividiria durante a sua rotação.”
Até agora vimos uma fotografia fora de foco; Graças à resolução de Webb, estamos finalmente vendo as florestas invisíveis do universo com detalhes impressionantes.
Para “ver” o invisível, os pesquisadores usaram um “truque” previsto por Albert Einstein em sua Teoria Geral da Relatividade: lentes gravitacionais. A massa curva o espaço-tempo. E se houver uma grande concentração de matéria escura entre nós e uma galáxia distante, a luz dessa galáxia irá curvar-se à medida que passa pela matéria escura, agindo como uma lupa que amplia o que está por trás dela.
Assim, a equipe apontou James Webb para uma área muito específica do céu na constelação dos Sextantes, cobrindo uma área 2,5 vezes o tamanho da Lua cheia. Não foi um olhar rápido; O telescópio observou este pequeno “fragmento” de escuridão durante um total de 255 horas.
Como resultado, Leroy e os seus colegas identificaram quase 800.000 galáxias, muitas das quais nunca tinham sido observadas antes. Depois, ao analisar como a luz dessas galáxias distantes chegava à Terra de forma distorcida (como se estivéssemos olhando pelo fundo de uma garrafa ou de um vidro curvo), eles conseguiram calcular exatamente quanta matéria escura havia entre eles e nós e como ela estava distribuída.
Salto Gigante
Até agora, os astrónomos confiaram em telescópios terrestres e no venerável Hubble para resolver estes problemas. Mas Webb joga em uma liga diferente. Na verdade, o novo mapa contém dez vezes mais galáxias do que os mapas produzidos por observatórios terrestres e duas vezes mais do que os mapas do Hubble.
De acordo com Diana Scognamiglio do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA e coautora do estudo, “Este é o maior mapa de matéria escura que criamos com Webb, e é duas vezes mais claro que qualquer mapa de matéria escura produzido por outros observatórios. Anteriormente, estávamos olhando para uma imagem borrada de matéria escura. Agora estamos vendo as florestas invisíveis do universo com detalhes surpreendentes, graças à incrível resolução de Webb.”
A matéria escura não é apenas um preenchimento: depois do Big Bang, ela agiu como um ímã gigante que acelerou a formação de estrelas e permitiu o surgimento dos elementos necessários à vida.
Esta nitidez deve-se em grande parte ao Instrumento Webb Mid-Infrared (MIRI), que é capaz de ver comprimentos de onda que passam através de nuvens de poeira cósmica, revelando galáxias anteriormente escondidas.
Correlação quase perfeita
Um dos resultados mais impressionantes do estudo é a correlação quase perfeita entre a matéria visível e a escura. Os mapas de ambos se sobrepõem essencialmente, de modo que onde vemos um aglomerado de galáxias brilhantes, o mapa de Webb revela uma densa concentração de matéria escura que o sustenta.
Este alinhamento confirma que a gravidade da matéria escura tem puxado a matéria “normal” ao longo da história cósmica. Isto não é uma coincidência; Esta é uma evidência confiável da interação gravitacional de ambos os mundos.
No entanto, esta pesquisa é apenas o começo. A pequena mancha de céu observada em Sextans tornar-se-á o “medidor padrão”, o padrão contra o qual todas as observações futuras serão calibradas.
O próximo passo é ambicioso: mapear a matéria escura em todo o Universo. Para fazer isso, os pesquisadores planejam combinar as capacidades de Webb com o recém-lançado Telescópio Espacial Euclid da Agência Espacial Europeia (ESA) e o próximo Telescópio Espacial Nancy Grace Rome da NASA.
O objetivo final é ambicioso: não apenas saber onde está a matéria escura, mas também compreender como e se ela mudou ao longo da história cósmica. Ele sempre se comporta da mesma forma? Será “matéria escura e fria”, como prevêem os modelos teóricos, ou terá propriedades exóticas que desconhecemos?
Atualmente temos o mapa mais claro da história. Um mapa que nos diz que embora não possamos ver, tocar ou sentir, a matéria escura é a “mão invisível” que torna possível a nossa existência. E graças à tecnologia humana, esta mão está começando a emergir das sombras.
