Um novo cálculo para a quantidade total de matéria no Universo

Um dos principais objetivos da cosmologia é medir com precisão a quantidade total de matéria no Universo, um exercício assustador até mesmo para os mais proficientes em matemática. Uma equipe liderada por cientistas da Universidade da Califórnia, em Riverside, fez exatamente isso.

Crédito: UCR/Mohamed Abdullah

 A equipe determinou que a matéria constitui cerca de 31% da quantidade total de matéria e energia no Universo. Os cosmólogos pensam que 20% da matéria total é feita de matéria comum (ou matéria "bariónica") que inclui estrelas, galáxias, átomos e vida, enquanto cerca de 80% é feita de matéria escura, cuja natureza misteriosa ainda não é conhecida mas que pode consistir de uma partícula subatómica ainda não descoberta.

"Para colocar esta quantidade de matéria em contexto, se toda a matéria no Universo fosse espalhada uniformemente pelo espaço, isso corresponderia a uma média de densidade de massa igual a apenas cerca de seis átomos de hidrogénio por metro cúbico," disse o autor principal Mohamed Abdullah, aluno do Departamento de Física e Astronomia da UC Riverside. "No entanto, como sabemos que 80% da matéria é na verdade matéria escura, na realidade, a maioria desta matéria consiste não de átomos de hidrogénio, mas sim de um tipo de matéria que os cosmólogos ainda não compreendem."

Credits: NASA, ESA, S. Beckwith (STScI) and the HUDF Team

Abdullah explicou que uma técnica comprovada para determinar a quantidade total de matéria no Universo é comparar o número e a massa observada de enxames galácticos por unidade de volume com previsões de simulações numéricas. Dado que os enxames de galáxias atuais se formaram a partir de matéria que colapsou ao longo de milhares de milhões de anos sob a sua própria gravidade, o número de enxames observados atualmente é muito sensível às condições cosmológicas e, em particular, à quantidade total de matéria.

"Uma percentagem mais alta de matéria resultaria em mais enxames," disse Abdullah. "O desafio da nossa equipa era medir o número de enxames e, em seguida, determinar qual das respostas era a melhor. Mas é difícil medir a massa de qualquer enxame de galáxias com precisão porque a maior parte da matéria é escura, de modo que não a podemos ver com telescópios."

Para superar esta dificuldade, uma equipa de astrónomos desenvolveu a "GalWeight", uma ferramenta cosmológica para medir a massa de um enxame galáctico usando as órbitas dos seus membros. Os investigadores então aplicaram a sua ferramenta às observações do SDSS (Sloan/Digital/Sky/Survey) para criar "GalWCat19", um catálogo de enxames de galáxias disponível publicamente. Finalmente, compararam o número de enxames com simulações para determinar a quantidade total de matéria no Universo.

"Conseguimos fazer uma das medições mais precisas já obtidas usando a técnica de enxames galácticos," disse o coautor Gillian Wilson, professor de física e astronomia na Universidade da Califórnia, Riverside, em cujo laboratório Abdullah trabalha. "Além disso, esta é a primeira utilização da técnica da órbita galáctica que obteve um valor de acordo com aqueles obtidos por equipas que usaram técnicas não-enxame, como anisotropias cósmicas de fundo em micro-ondas, oscilações acústicas bariónicas, supernovas do Tipo Ia, ou lentes gravitacionais."

"Uma grande vantagem de usar a nossa técnica de órbita de galáxia GalWeight é que a nossa equipa foi capaz de determinar uma massa para cada enxame individual em vez de confiar em métodos estatísticos mais indiretos," disse o terceiro coautor Anatoly Klypin, especialista em simulações numéricas e cosmologia.

Ao combinar a sua medição com as de outras equipas que usaram técnicas diferentes, a equipa foi capaz de determinar o melhor valor combinado, concluindo que a matéria representa 31,5±1,3% da quantidade total de matéria e energia do Universo

Bibliografia:

  • https://news.virginia.edu/content/new-calculation-total-amount-matter-universe
  • https://news.ucr.edu/articles/2020/09/28/scientists-precisely-measure-total-amount-matter-universe
  • https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/aba619
  • https://www.ccvalg.pt/astronomia/noticias/2020/10/2_materia_universo.htm

 

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