Onde o Universo está escondendo sua matéria perdida?

Créditos: Ilustração: Springel et al. (2005); Espectro: NASA / CXC / CfA / Kovács et al.

Os astrónomos passaram décadas à procura de algo que pareça ser difícil de perder: cerca de um terço da matéria "normal" no Universo. Novos resultados do Observatório de Raios-X Chandra, da Nasa, podem tê-los ajudado a localizar essa indescritível extensão de matéria perdida.

A partir de observações independentes e bem estabelecidas, os cientistas calcularam com segurança quanto da matéria normal - que significa hidrogênio, hélio e outros elementos - existia logo após o Big Bang. No tempo entre os primeiros minutos e o primeiro bilhão de anos, grande parte da matéria normal entrou na poeira cósmica, gás e objetos como estrelas e planetas que os telescópios podem ver no Universo atual.

O problema é que quando os astrônomos somam a massa de toda a matéria normal no Universo atual, cerca de um terço dela não pode ser encontrado. (Esse assunto ausente é distinto da matéria escura ainda misteriosa.)

Uma ideia é que a massa que falta é reunida em filamentos ou filamentos gigantescos de gás quente (temperatura inferior a 100.000 Kelvin) e quente (temperatura maior que 100.000 Kelvin) no espaço intergaláctico. Esses filamentos são conhecidos pelos astrônomos como o "meio intergaláctico quente-quente" ou o WHIM. Eles são invisíveis aos telescópios ópticos, mas alguns dos filamentos quentes de gás foram detectados em luz ultravioleta.

Usando uma nova técnica, os pesquisadores descobriram novas e fortes evidências para o componente quente do WHIM com base em dados do Chandra e outros telescópios.

"Se encontrarmos essa massa perdida, poderemos resolver um dos maiores enigmas da astrofísica", disse Orsolya Kovacs, do Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian (CfA) em Cambridge, Massachusetts. "Onde o universo escondeu tanto de sua matéria que compõe coisas como estrelas e planetas e nós?"

Os astrônomos usaram o Chandra para procurar e estudar filamentos de gás morno ao longo do caminho para um quasar, uma fonte brilhante de raios X alimentados por um rápido crescimento do buraco negro supermassivo. Este quasar está localizado a cerca de 3,5 bilhões de anos-luz da Terra. Se o componente de gás quente do WHIM estiver associado a esses filamentos, alguns dos raios X do quasar seriam absorvidos por esse gás quente. Portanto, eles procuraram por uma assinatura de gás quente impressa na luz de raio X do quasar, detectada por Chandra.

Um dos desafios deste método é que o sinal de absorção pelo WHIM é fraco em comparação com a quantidade total de raios X provenientes do quasar. Ao pesquisar todo o espectro de raios X em diferentes comprimentos de onda, é difícil distinguir tais características de absorção fracas - sinais reais do WHIM - de flutuações aleatórias.

Kovacs e sua equipe superaram esse problema concentrando sua busca apenas em certas partes do espectro de luz de raios X, reduzindo a probabilidade de falsos positivos. Eles fizeram isso primeiro identificando galáxias perto da linha de visão do quasar que estão localizadas na mesma distância da Terra que regiões de gás quente detectadas a partir de dados ultravioleta. Com essa técnica, eles identificaram 17 possíveis filamentos entre o quasar e nós e obtiveram suas distâncias.

Por causa da expansão do universo, que estende a luz enquanto viaja, qualquer absorção de raios X pela matéria nesses filamentos será deslocada para comprimentos de onda mais vermelhos. As quantidades dos turnos dependem das distâncias conhecidas para o filamento, então a equipe sabia onde buscar no espectro a absorção do WHIM.

"Nossa técnica é similar em princípio a como você pode conduzir uma busca eficiente por animais nas vastas planícies da África", disse Akos Bogdan, co-autor do CfA. "Sabemos que os animais precisam beber, por isso, faz sentido procurar em volta dos poços de água".

Enquanto estreitando sua busca ajudou, os pesquisadores também tiveram que superar o problema da falta de absorção dos raios X. Então, eles aumentaram o sinal adicionando espectros de 17 filamentos, transformando uma observação de 5,5 dias no equivalente a quase 100 dias de dados. Com essa técnica, eles detectaram oxigênio com características sugerindo que ele estava em um gás com uma temperatura de cerca de um milhão de graus Kelvin.

Ao extrapolar essas observações de oxigênio para o conjunto completo de elementos, e da região observada para o universo local, os pesquisadores relatam que podem explicar a quantidade total de material em falta. Pelo menos neste caso em particular, o assunto que faltava estava escondido no WHIM, afinal.

"Ficamos emocionados por termos conseguido rastrear parte desse problema", disse o coautor Randall Smith, também da CfA. "No futuro, podemos aplicar esse mesmo método a outros dados de quasar para confirmar que esse mistério de longa data foi finalmente quebrado".

Fonte: NASA