Mistério cósmico resolvido: maior estrutura conhecida no universo deixa sua marca na radiação CMB

Em 2004, os astrônomos examinaram um mapa da radiação residual do Big Bang (a radiação cósmica de fundo, ou CMB) e descobriram o ponto frio, uma área excepcionalmente fria maior que o esperado do céu. A física em torno da teoria do Big Bang prevê pontos mais quentes e mais frios, de vários tamanhos no universo infantil, mas esse ponto é muito grande e esse frio foi inesperado.



A área de ponto frio reside na constelação Eridanus no hemisfério sul galáctico. As inserções mostram o ambiente desta parte anômala do céu como mapeados pela equipe de Szapudi usando PS1 e dados do WISE e como observado nos dados de temperatura de fundo cósmico de microondas feitos pelo satélite Planck. O diâmetro angular do vasto super vazio é alinhado com o Ponto Frio, o que excede 30 graus, é marcado pelos círculos brancos. Crédito: ESA Planck Collaboration. 

Agora, uma equipe de astrônomos liderada pelo Dr. Istvan Szapudi do Instituto de astronomia na Universidade do Havaí em Manoa pode ter encontrado uma explicação para a existência do ponto frio, que Szapudi diz que pode ser "a maior estrutura individual já identificada pela humanidade. Se o ponto frio originou-se o próprio Big Bang, pode ser um sinal raro exótico da física que a cosmologia padrão (basicamente, a teoria do Big Bang e a física relacionadas) não explica. Se isso, no entanto, é causada por uma estrutura de primeiro plano entre nós e a CMB, seria um sinal de que há uma estrutura extremamente rara em larga escala na distribuição em massa do universo.

Usando dados do telescópio de Pan-STARRS1 (PS1) do Havaí localizado em Haleakala, Maui e do satélite da  NASA satélite (WISE), a equipe do Szapudi descobriu um grande super vazio, uma vasta região 1,8 bilhões de anos-luz de diâmetro, no qual a densidade de galáxias é muito menor do que o habitual no universo conhecido. Esse vazio foi encontrado pela combinação de observações feitas pelo PS1 em comprimentos de onda ópticos com observações feitas pelo WISE em comprimentos de onda de infravermelhos para estimar a distância e posição de cada galáxia em que parte do céu.

Estudos anteriores, também feitos no Havaí, observaram uma área muito menor na direção do ponto frio, mas eles poderiam estabelecer apenas que nenhuma estrutura muito distante estaria nesta parte do céu. Paradoxalmente, identificar coisas do tipo proximidades de grandes estruturas é mais difícil do que encontrar em partes distantes. Os grande mapa do céu tridimensional  criado a partir de PS1 e do WISE pelo Dr. András Kovács (Universidade Eötvös Loránd, Budapeste, Hungria) foi, portanto, essencial para este estudo. O super vazio está apenas cerca de 3 bilhões anos-luz de nós, uma distância relativamente curta no esquema cósmico das coisas.

Imagine que há um enorme vazio com muito pouca matéria entre a CMB e você (o observador). Agora imagine o vazio como uma colina. Quando a luz entra no vazio, ela deverá subir este monte. Se o universo não estivesse em fase de expansão acelerada, então o vazio não iria evoluir significativamente, e luz iria descer a colina e recuperar a energia que perdeu quando ela sair do vazio. Mas com a expansão acelerada, a colina é mensuravelmente esticada na medida que a luz viaja sobre ela. Quando que a luz desce a colina, a colina torna-se mais plana do que quando a luz entrou, então, a luz não pode pegar toda a energia que perdeu ao entrar no vazio. A luz sai do vazio com menos energia, e, portanto, no comprimento de onda mais longo, que corresponde a uma temperatura mais fria.

Passar por um super vazio pode levar milhões de anos, até mesmo à velocidade da luz, para que este efeito mensurável, conhecido como o efeito Sachs-Wolfe Integrado (ISW), pudesse fornecer a primeira explicação dentre as anomalias mais significativas encontradas até esta data na CMB, primeiramente por um satélite da NASA chamado o Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) e, mais recentemente, pelo Planck, um satélite lançado pela Agência Espacial Europeia.

Enquanto a existência do super vazio e seus efeitos esperados sobre a CMB não explicam totalmente o ponto frio, é muito improvável que o super vazio e o ponto frio no mesmo local são uma coincidência. A equipe continuará seu trabalho usando dados melhorados do PS1 e da pesquisa da energia escura sendo realizada com um telescópio no Chile para estudar o ponto frio e o super vazio, bem como outro grande vazio localizado perto da constelação de Draco.

O estudo está sendo publicado on-line em 20 de abril no Monthly Notices of the Royal Astronomical Society pela Oxford University Press. Além de Szapudi e Kovács, pesquisadores que contribuíram para este estudo incluem UH Manoa aluno de Benjamin Granett (agora no Instituto Nacional de astrofísica, Itália), Zsolt Frei (Eötvös Loránd) e Joseph Silk (Johns Hopkins).

Fonte: Mistérios do Universo