Como é o Universo além da nossa Galáxia?
Crédito da imagem: 2MASS, IPAC / Caltech e UMass (2-Micron All-Sky Survey).
As estrelas, gás e poeira de nossa própria galáxia dominam nosso céu noturno. Mas que segredos o Universo guarda além disso?
Quem somos nós? Descobrimos que vivemos em um planeta insignificante de uma estrela monótona perdida em uma galáxia escondida em algum canto esquecido de um universo no qual há muito mais galáxias do que pessoas. – Carl sagan
Nosso céu noturno, literalmente, é nosso janela para o universo .
Crédito da imagem: Miloslav Druckmuller, Universidade de Tecnologia de Brno.
Pois é um tipo de janela para o Universo, se você imaginar uma janela que não é limpa nem completamente transparente. Com exceção dessas duas nuvens fracas e difusas no canto inferior direito, tudo o mais visível na imagem acima é parte da nossa própria galáxia Via Láctea . Então, talvez seja mais como uma janela que foi vandalizada, onde apenas algumas partes dela são capazes de serem vistas.
Crédito da imagem: Lee Romney / Los Angeles Times.
Praticamente tudo o que a grande maioria de nós já viu ou ouviu falar no Universo, aprendemos com as observações de nossa própria Via Láctea. É vasto, bonito e cheio de centenas de bilhões de estrelas, trilhões de planetas e muito, muito mais. De fato, se você souber o nome de uma estrela, planeta ou nebulosa, há uma probabilidade muito alta de que ela esteja localizada em nossa galáxia.
Crédito da imagem: Richard Powell, Atlas of the Universe.
Mas isso é apenas 1 do centenas de bilhões de galáxias no universo! Sabemos disso de forma mais convincente através de observações do céu profundo de regiões do Universo onde não há (ou muito poucas) estrelas galácticas, gás ou poeira no caminho de nossos telescópios.
Crédito da imagem: NASA, ESA, G. Illingworth, D. Magee e P. Oesch (Universidade da Califórnia, Santa Cruz), R. Bouwens (Universidade de Leiden) e a Equipe HUDF09.
O que descobrimos, tratando essas regiões como representativamente típicas do resto do Universo, é que existem no mínimo cerca de 200 bilhões de galáxias no universo. Mas há mais a aprender do que apenas um número; entre outras coisas, queremos saber:
- como essas galáxias se aglomeram e se aglomeram,
- quão longe eles estão de nós,
- com que rapidez eles estão se aproximando ou se afastando de nós e um do outro,
- como eles são maciços,
- que tipo de galáxia são eles, e
- quando foi a última vez que eles sofreram intensa formação estelar?
Em outras palavras, o que queremos saber é como é o Universo – em detalhes – além nossa própria galáxia!
Crédito da imagem: Thomas Jarrett (IPAC/Caltech), 2MASS (2-Micron All-Sky Survey).
E o que sabemos, há muitas décadas, é que as galáxias não são distribuídas uniformemente por todo o Universo nem são distribuídos aleatoriamente. Em vez disso, eles são agrupados e agrupados de uma maneira muito particular e intrincada. Observando detalhadamente nosso próprio canto do Universo, construímos mapas detalhados de centenas de milhares de galáxias próximas.
O mais recente, e também o mais poderoso (e ainda em andamento) levantamento de galáxias no Universo é o Sloan Digital Sky Survey , que recentemente dados divulgados publicamente para mais de 500.000 galáxias e 100.000 quasares.
Crédito da imagem: 2010-2014 SDSS-III.
A câmera de campo amplo e o sistema de imagem a bordo deste telescópio de 2,5 metros de diâmetro é o mais avançado do mundo e nos permitiu construir o mapa mais detalhado da teia cósmica de todos os tempos. E uma das descobertas mais impressionantes – em incrível concordância com o Big Bang e nossa imagem da cosmologia moderna – é que o Universo é agrupado de forma diferente com base na distância que olhamos.
Crédito da imagem: equipe Sloan Digital Sky Survey.
Isso é tremendamente importante, porque nos diz que a gravidade teve mais tempo para afetar galáxias e aglomerados próximos do que para objetos mais distantes, consistente com o fato de o Universo ter uma idade finita! Quando olhamos para o Universo e para o modo como as galáxias se agrupam nele, isso inclui não apenas informações sobre como as galáxias se formam, se fundem e evoluem, mas também sobre o que compõe o universo estavam em.
Quanto do Universo é composto de matéria normal (prótons, nêutrons e elétrons)? Quanto dele é composto de matéria escura? A matéria escura é quente, morna ou fria? Ao traçar como uma grande amostra dessas galáxias se aglomeram em diferentes escalas de distância, podemos aprender sobre a razão entre matéria normal e matéria escura observando o tamanho das ondulações no gráfico (conhecido como Espectro de força ), abaixo, e observando a escala de quando há uma queda vertical em direção a zero, podemos aprender sobre a temperatura da matéria escura.
Crédito da imagem: Shaun Cole et al., 2005, para o Field Galaxy Redshift Survey de 2 graus.
Um universo sem normal a matéria não teria oscilações e teria um espectro de potência totalmente suave; um universo sem Sombrio a matéria teria oscilações que se estendiam até a parte inferior do gráfico. Um Universo que tivesse matéria escura de uma certa temperatura teria um corte no espectro onde simplesmente mergulhava em direção a zero em pequenas escalas. O que vemos nos diz que o Universo tem uma proporção de cerca de 1:5 de matéria normal para matéria escura, uma quantidade total de matéria que é igual a cerca de 25% da densidade total de energia do Universo, e que a matéria escura é fria o suficiente para que, se tem qualquer temperatura, está bem abaixo do que temos foi capaz de observar . Na verdade, o espectro de potência da matéria é talvez o única observação mais convincente que o Universo está cheio de algum tipo de matéria escura e não que as leis da gravidade estão erradas, pois dão previsões muito diferentes.
Crédito da imagem: Scott Dodelson, de http://arxiv.org/abs/1112.1320.
Combinado com informações sobre a planicidade e expansão do Universo (de, digamos, o fundo cósmico de microondas e observações de supernovas distantes ), chegamos ao modelo do Universo que temos hoje, completo com matéria escura, energia escura e um pouquinho de matéria normal que realmente entendemos.
Crédito da imagem: Suzuki et al., 2011 (The Supernova Cosmology Project).
O rótulo BAO significa oscilações acústicas bariônicas , que são as ondas de pressão na matéria normal que causam as oscilações no gráfico do espectro de potência (e as características específicas de agrupamento das próprias galáxias), acima.
Mas você pode desfrutar de uma abordagem muito mais visual para saber como é o Universo, além da nossa galáxia. Bem, a equipe do SDSS se superou , com Miguel Aragon, Mark Subbarao e Alex Szalay se unindo para criar o vídeo a seguir de um fly-through de aproximadamente 400.000 galáxias em nosso Universo, de uma jornada que abrange 1,3 bilhão de anos-luz.
Isso, para referência, é menos de 2% do diâmetro do universo conhecido e observável, mas é uma amostra grande o suficiente para dar uma representação justa de como são as galáxias do universo na vizinhança de onde vivemos.
Então, se olharmos para uma região do espaço onde podemos ver através da vidraça da nossa galáxia, o que encontramos?
Crédito da imagem: SDSS III, data release 8, da calota galáctica norte.
Galáxias, agrupadas em grupos, aglomerados e superaglomerados, interligadas por grandes filamentos de gás e matéria escura, com grandes vazios de espaço vazio entre eles. A aglomeração acontece ao longo do tempo, e fica cada vez mais intensa à medida que avançamos para os dias atuais, com o Universo mais jovem sendo mais uniforme e o Universo moderno com maior grau de segregação de massa. Quando executamos simulações da estrutura em grande escala do Universo, o que prevemos corresponde exatamente ao que observamos desde a escala de grupos modestos de galáxias até as maiores superestruturas já observadas!
Crédito da imagem: Ângulo et ai. 2008 , pela Universidade de Durham em http://icc.dur.ac.uk/index.php?content=Research/Topics/O6 .
E aquele é como o seu Universo se parece; aproveitar!
Uma versão anterior deste post apareceu originalmente no antigo blog Starts With A Bang em Scienceblogs.
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