Acabamos de encontrar a matéria que faltava no universo e ainda precisamos de matéria escura
O meio intergaláctico quente-quente (WHIM) já foi visto antes, ao longo de regiões incrivelmente densas, como a parede do Escultor, ilustrada acima. Mas é concebível que ainda existam surpresas no Universo, e nosso entendimento atual mais uma vez estará sujeito a uma revolução. (Espectro: NASA/CXC/Univ. of California Irvine/T. Fang. Ilustração: CXC/M. Weiss)
Muitos esperavam que pudéssemos passar sem a matéria escura. Em escalas cósmicas, a evidência finalmente falou.
Por mais de 40 anos, os cientistas discutiram sobre a existência da matéria escura.
A curva de rotação estendida de M33, a galáxia Triangulum. Essas curvas de rotação de galáxias espirais inauguraram o conceito astrofísico moderno de matéria escura para o campo geral. A curva tracejada corresponderia a uma galáxia sem matéria escura, que representa menos de 1% das galáxias. (Usuário do Wikimedia Commons Stefania.deluca)
Grandes questões surgiram dos movimentos dentro de galáxias, aglomerados de galáxias e ao longo da teia cósmica.
A teia cósmica é impulsionada pela matéria escura, com a estrutura de maior escala definida pela taxa de expansão e energia escura. As pequenas estruturas ao longo dos filamentos se formam pelo colapso da matéria normal que interage eletromagneticamente. (Ralf Kaehler, Oliver Hahn e Tom Abel (KIPAC))
A partir de sua gravidade, podemos inferir a massa total no Universo.
O conteúdo de matéria e energia no Universo no momento atual (esquerda) e em momentos anteriores (direita). Várias linhas de evidência indicam que a matéria normal (atômica) pode compor apenas 1/6 da matéria total no Universo; o restante deve ser matéria escura. (NASA, modificado pelo usuário do Wikimedia Commons 老陳, modificado ainda mais por E. Siegel)
No entanto, várias fontes indicam que apenas 15% dessa massa pode ser bariônica: feita de matéria normal.
As flutuações de densidade no fundo cósmico de micro-ondas fornecem as sementes para a formação da estrutura cósmica moderna, incluindo estrelas, galáxias, aglomerados de galáxias, filamentos e vazios cósmicos em grande escala. (Chris Blake e Sam Moorfield)
Se houvesse mais, o:
- imperfeições de temperatura no fundo cósmico de microondas,
- correlações de galáxias em estrutura de grande escala,
- e abundância dos elementos leves,
seria diferente.
As abundâncias previstas de hélio-4, deutério, hélio-3 e lítio-7 conforme previsto pela Nucleossíntese do Big Bang, com observações mostradas nos círculos vermelhos. Isso indica que 5% da densidade total de energia e ~15% da matéria total estão na matéria normal e não mais. (Equipe Científica da NASA / WMAP)
Muitos, no entanto, se perguntaram: poderia a matéria normal estar se escondendo – e gravitando – inteiramente sem matéria escura?
Uma ilustração de uma fatia da teia cósmica, vista pelo Hubble. A matéria perdida que podemos detectar por meio de sinais eletromagnéticos é apenas a matéria normal; a matéria escura não é afetada. (NASA, ESA e A. Feild (STScI))
Os cientistas decidiram medir toda a matéria normal do Universo, incluindo estrelas, planetas, gás, poeira e muito mais.
Um mapa 3D reconstruído da distribuição de massa total no cosmos. Não havia matéria normal suficiente para explicar isso, então novas técnicas de busca precisavam ser desenvolvidas para descobrir onde e quanto a matéria normal está realmente, totalmente por aí.
Apenas ~20% estava dentro de galáxias e aglomerados; cerca de outros 35% foram encontrados ao longo de filamentos e em vazios cósmicos.
A formação da estrutura cósmica, tanto em grande quanto em pequena escala, é altamente dependente de como a matéria escura e a matéria normal interagem. Apesar da evidência indireta de matéria escura, é de vital importância contar toda a matéria normal e garantir que ela não possa explicar o que se supõe estar faltando. (Colaboração Distinta / Simulação Ilustre)
Ainda assim, quase metade da matéria normal permanecia desaparecida, presumivelmente escondida em plasmas intergalácticos aquecidos.
Uma representação do gás hidrogênio dentro do meio intergaláctico, ou IGM, com áreas brilhantes indicando alta densidade do gás. (Vid Iršič)
A matéria normal ausente foi teorizada: o meio intergaláctico morno-quente (WHIM).
Os astrônomos usaram o observatório espacial XMM-Newton da ESA (canto inferior direito) para detectar o WHIM. A caixa branca encerra a estrutura filamentar do gás quente que representa parte do WHIM. É baseado em uma simulação cosmológica que se estende por mais de 200 milhões de anos-luz. As regiões vermelha e laranja têm as densidades mais altas e as regiões verdes têm densidades mais baixas. A detecção de oxigênio é como a abundância de bárions foi reconstruída. (Ilustrações e composição: ESA / ATG medialab; dados: ESA / XMM-Newton / F. Nicastro et al. 2018; simulação cosmológica: Princeton University/Renyue Cen)
Cientistas de raios-X finalmente anunciou evidências para a parte quente do WHIM precisamente nas quantidades previstas.
A luz de quasares ultradistantes fornece laboratórios cósmicos para medir não apenas as nuvens de gás que encontram ao longo do caminho, mas também o meio intergaláctico que contém plasmas quentes e quentes fora de aglomerados, galáxias e filamentos. A emissão de raios-X dos quasares permitiu esta mais nova detecção pelo XMM-Newton. (Ed Janssen, TI)
Se os resultados forem universais, o mistério está resolvido: a matéria normal que faltava foi encontrada.
Ao examinar estrelas, poeira e gás em galáxias e aglomerados, os cientistas encontraram apenas 18% da matéria normal. Mas ao pesquisar o espaço intergaláctico, inclusive ao longo de filamentos e vazios cósmicos, os cientistas encontraram não apenas gás, mas plasmas ionizados de todas as temperaturas, que nos levam a 100% do esperado. Não há mais; e, portanto, a matéria escura ainda é absolutamente necessária. (ESTA)
A conclusão? A matéria escura é absolutamente necessária.
Principalmente Mute Monday conta a história astronômica de um objeto, fenômeno ou processo em imagens, recursos visuais e não mais que 200 palavras. Fale menos, sorria mais.
Começa com um estrondo é agora na Forbes , e republicado no Medium graças aos nossos apoiadores do Patreon . Ethan é autor de dois livros, Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .
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