É um dia de celebração para a comunidade DESI, que reúne 900 investigadores e 70 instituições de todo o mundo. Após cinco anos de observações, o instrumento instalado no telescópio Mayall, em Kitt Peak (Arizona), acaba de concluir o maior mapeamento tridimensional do Universo já realizado. A posição de mais de 47 milhões de galáxias e quasares, bem como de 20 milhões de estrelas na nossa Galáxia, foi medida, oferecendo uma perspectiva única sobre a estrutura do cosmos e a sua evolução.
Com, como resultado, um sinal que se torna cada vez mais claro: “Os dados sugerem que a aceleração da expansão hoje seria menor do que num modelo onde a energia escura é constante, o que poderia indicar que a energia escura está a mudar ao longo do tempo.“, explica Pauline Zarrouk, astrofísica do CNRS e membro da colaboração DESI.
Fábrica Espectro
Tal mapeamento é baseado em uma verdadeira “fábrica de espectro”, capaz de medir simultaneamente a luz de 5 mil galáxias utilizando o mesmo número de fibras ópticas robóticas, reposicionadas a cada vinte minutos. “Num ano, o DESI já tinha recolhido quase três vezes mais dados do que os instrumentos anteriores tinham recolhido em vinte anos.sublinha o investigador.
Os espectros obtidos pelo DESI não são apenas numerosos. Eles também são suficientemente precisos para medir com precisão o desvio para o vermelho das galáxias e, portanto, a sua distância. Assim, em cinco anos de observações, o DESI mapeou o Universo em três dimensões ao longo de quase 11 mil milhões de anos de história cósmica, oferecendo uma visão única de como se expandiu ao longo do tempo. Para medir a expansão do Universo, os investigadores baseiam-se nas oscilações acústicas bariónicas (BAO), cuja origem remonta aos primeiros momentos do cosmos.
Leia também5.000 olhos focados na energia escura, este misterioso componente do Universo que acelera sua expansão
Naquela época, matéria e luz formavam um plasma denso, onde fótons e partículas interagiam constantemente. “Os fótons não conseguiam escapar: o Universo era opaco”lembra Pauline Zarrouk. Neste ambiente, as ondas de pressão se propagam, fazendo com que a matéria oscile. Mas cerca de 380 mil anos após o Big Bang, quando a temperatura caiu o suficiente para a formação dos primeiros átomos, a matéria e a luz se dissociaram.
Isso é o que chamamos de radiação cósmica de fundo em micro-ondas, ou a primeira luz do Universo. “Nesse momento, o padrão traçado pelas oscilações congela na distribuição da matéria“, explica o pesquisador. Pedaços de matéria, separados por vazios, escrevem a estrutura do Universo como o conhecemos hoje, com seus aglomerados de galáxias e seus vazios cósmicos.
“Regra Cósmica”
Estas impressões iniciais da radiação cósmica de fundo constituem, portanto, marcos para medir a expansão do Universo. Na verdade, eles definem uma distância característica entre galáxias, que só evolui sob o efeito da expansão cósmica. Ao medi-lo em momentos diferentes, os cosmólogos podem traçar como o Universo se expandiu ao longo do tempo. Foi isso que o DESI fez, com uma precisão incomparável.
Ao acumular dezenas de milhões de galáxias ao longo de uma vasta gama de épocas, o instrumento mede esta “regra cósmica” ao longo da história do Universo – e assim testa modelos que descrevem a sua expansão sob o efeito de uma misteriosa energia escura. E neste ponto, os dados começam a divergir do modelo padrão. Ao comparar as medições do DESI com as de outras grandes “sondas cosmológicas”, como a radiação cósmica de fundo ou as supernovas (que servem como faróis no Universo), os investigadores observam que um modelo onde a energia escura é constante não descreve perfeitamente todas as observações.
Uma pequena lacuna aparece e fica mais forte à medida que os dados se acumulam. “Por si só, os resultados do DESI permanecem consistentes com a energia escura constante. Mas assim que os confrontamos com outras observações do cosmos, torna-se impossível encontrar um modelo único que descreva corretamente tanto o Universo primordial, observado na radiação cósmica de fundo em micro-ondas, como o Universo mais recente mapeado pelo DESI.observa Pauline Zarrouk.
Testando a relatividade geral
Esta energia escura “inconstante” constitui o resultado mais importante desde a sua descoberta no final da década de 1990. A bola está agora no campo dos teóricos para determinar a sua verdadeira natureza. Mas os inquéritos do DESI não se limitam à questão da energia escura. Constituem também um campo de testes sem precedentes para a relatividade geral.
Uma primeira análise, baseada num ano de observações e publicada no final de 2024, confirma neste momento a validade da teoria de Einstein em grande escala. “Nenhum sinal argumenta a favor de uma mudança na gravidade”segundo o astrofísico. Mas aqui, novamente, é necessária cautela. Esses testes são baseados em indicadores ainda limitados e as equipes já trabalham para aprimorá-los com dados de três anos.
Ao explorar configurações mais complexas na distribuição das galáxias, eles esperam ganhar sensibilidade e, talvez, revelar possíveis desvios mais sutis. Além disso, outras medidas virão em breve. Inicialmente planeada para cinco anos, a missão DESI foi prolongada até 2028, a fim de alargar ainda mais o mapeamento do céu, que poderia cobrir quase 20% de área de superfície adicional.
Vários milhões de galáxias deverão assim enriquecer esta pesquisa já sem paralelo. Além disso, uma segunda fase está sendo estudada. Chamado de “DESI 2”, poderá estender as observações até o início da década de 2030, com o objetivo de explorar regiões ainda mais distantes do Universo. Porque por trás destas dezenas de milhões de galáxias mapeadas existe uma revisão profunda do nosso modelo cosmológico e uma nova forma de pensar a evolução do Universo.