O modelo cosmológico padrão continua a resistir desde que foi firmemente estabelecido no início da década de 2010, graças ao advento da cosmologia de precisão, nomeadamente com os resultados das análises da radiação fóssil do Big Bangpossibilitado pela missão Planck.
No entanto, o mistério ainda paira sobre dois elementos constituintes deste modelo, a matéria escura e a energia escura. Para tentar ver com mais clareza, devemos combinar o progresso na precisão e no volume de dados astrofísica tendo implicações para a cosmologia com o refinamento e aumento no poder de simulações digitais que revelam o galáxiasdepois as grandes estruturas que os unem ao longo dos 13,8 bilhões de anos de existência e evolução do cosmos observável.
Durante 13,8 mil milhões de anos, o Universo continuou a evoluir. Ao contrário do que nos dizem os nossos olhos quando contemplamos o céu, o que o compõe está longe de ser estático. Os físicos fazem observações em diferentes idades do Universo e realizam simulações nas quais reproduzem sua formação e evolução. Parece que a matéria escura desempenhou um papel importante desde o início do Universo até à formação das grandes estruturas observadas hoje. ©CEA
Um universo esculpido por energia e matéria escura
Se soubermos que ocolapso sobredensidades gravitacionais de matéria escura produzido pelo Big Bang serviu como germe à rápida formação de galáxias, sabemos também que os campos de gravitação dessas sobredensidades concentraram o colapso do gás galáxias em estruturas filamentares circundando vazios cósmicos (veja o vídeo acima). Estas estruturas, com a forma aproximada de bolhas, podem atingir várias centenas de milhões deanos-luz em diâmetro e são muito mais pobres em galáxias e nuvens de matéria (sejam partículas de matéria escura ainda desconhecidas e pertencentes a um novo físico que é a mesma quantidade de matéria bariônica padrão).
A evolução destas bolhas deve, portanto, ser dominada pela energia escura que acelera a expansão do cosmos e, portanto, tende a opor-se também às concentrações de galáxias eaglomerado de galáxias. Portanto, não ficaremos surpresos ao saber que o estudo detalhado desta evolução pode ajudar-nos a decidir entre as diferentes teorias que podem explicar a natureza da energia escura e até mesmo da matéria escura.
Programado para ser lançado em meados da década de 2020, o Telescópio Espacial Nancy Grace Roman, anteriormente conhecido como WFIRST, funcionará como primo de olhos arregalados do Hubble. Embora seja tão sensível quanto as câmeras do Hubble, o instrumento de campo amplo de 300 megapixels do telescópio irá capturar imagens de uma área do céu 100 vezes maior. Isto significa que uma única imagem do telescópio espacial conterá o equivalente a 100 imagens do Hubble. Para obter uma tradução francesa bastante precisa, clique no retângulo branco no canto inferior direito. As legendas em inglês devem aparecer. Em seguida, clique na porca à direita do retângulo, depois em “Legendas” e por fim em “Traduzir automaticamente”. Escolha “Francês”. © Goddard da NASA
O Telescópio Espacial Romano Nancy Grace
Lá NASA não se enganou e é por esta razão que há anos ela empreendeu o construção de um novo telescópio nave espacial que será capaz de produzir imagens com a mesma qualidade das do telescópio Hubble, mas 100 vezes maiores. No entanto, serão feitas observações noinfravermelho.
Muito recentemente, um comunicado de imprensa da NASA relatou a observação planeada destas bolhas cósmicas com o telescópio espacial Nancy Grace Roman. Acompanha uma publicação sobre O Jornal Astrofísico que também pode ser lido livremente em arXiv.
O romance de Nancy Grace Novo Telescópio Espacial Nancy Grace), anteriormente denominado Telescópio de pesquisa infravermelho de campo amplo (WFIRST), deve ser lançado em 2027 e colocado em órbita ao redor do Ponto de Lagrange L2 do sistema Terra-Sol.
Seu nome final é uma homenagem a Nancy Grace Roman, a primeira mulher a ocupar cargos de gestão na NASA e que, no final da década de 1950, foi uma das únicas pessoas a acreditar na observação astronômica a partir do espaço. Devemos a ele em particular o satélite CoBE (Explorador de fundo cósmico), o precursor de Satélite Planck para o estudo da radiação fóssil e da Telescópio espacial Hubble. Ela morreu em dezembro de 2018, aos 93 anos.
Como primeira chefe do departamento de astronomia da NASA, a falecida Nancy Grace Roman abriu caminho para telescópios espaciais e mulheres na ciência. Ele é creditado pela construção do Telescópio Espacial Hubble da NASA. O Telescópio Espacial Nancy Grace Roman, um revolucionário telescópio de pesquisa de campo amplo nomeado em sua homenagem, será lançado em maio de 2027 e expandirá dramaticamente a nossa visão do Universo. Para obter uma tradução francesa bastante precisa, clique no retângulo branco no canto inferior direito. As legendas em inglês devem aparecer. Em seguida, clique na porca à direita do retângulo, depois em “Legendas” e por fim em “Traduzir automaticamente”. Escolha “Francês”. © Instituto de Ciências do Telescópio Espacial
Testes das teorias da gravitação e da energia escura
Mas voltemos ao conteúdo do comunicado de imprensa da NASA sobre os vazios cósmicos e o romance de Nancy Grace. Giovanni Verza, do Flatiron Institute e da Universidade de Nova York, autor principal do artigo publicado em O Jornal Astrofísico, explica que “ A capacidade de Roman de observar vastas áreas do céu em grandes profundidades e de detectar uma infinidade de galáxias fracas e distantes revolucionará o estudo dos vazios cósmicos. “.
Sua colega Alice Pisani, coautora do estudo e diretora de pesquisa do Centro de Física de Partículas de Marselha (CPPM), na França, acrescenta que “cPor serem relativamente desprovidos de matéria, os vazios cósmicos são regiões do espaço dominadas pela energia escura. Ao estudá-los, seremos capazes de compreender melhor a natureza desta energia “.
Como parte de um programa de observação de regiões localizadas além do plano da nossa Galáxia (o Pesquisa Romana de Área Ampla em Alta Latitude), o telescópio deverá ser capaz de detectar e medir dezenas de milhares de vazios cósmicos, alguns dos quais medem apenas 20 milhões de anos-luz de diâmetro. Podemos então usar métodos de análise estatística para obter informações sobre a astrofísica desses vazios e, portanto, sobre a física que os molda, em particular a da energia escura.
Vencedora de uma bolsa L’Oréal-UNESCO “Para Mulheres na Ciência” em 2016, Alice Pisani se interessa há anos pela energia escura e pelos vazios cósmicos. © A bolha
Ainda no comunicado, o investigador, que lidera o projeto Cosmobest e que também está baseado na Universidade de Princeton, em Nova Jersey (Estados Unidos), compara o programa realizado com o telescópio à tentativa de deduzir a composição de um bolo (ou seja, a estrutura doUniverso) da sobremesa final. “ Tentamos colocar ali os ingredientes certos – a quantidade certa de material, a quantidade certa de energia escura – e depois verificamos se o bolo tem a aparência que esperamos. Caso contrário, você usou os ingredientes errados. »
Desta forma poderemos testar modelos da energia escura em particular, refutá-los ou não, mas também a teoria da relatividade geral. De fato, existem alternativas à teoria relativística da gravitação de Einstein.
Podemos dar uma ideia do método utilizado. Consiste, por assim dizer, em calcular a média das formas dos vazios cósmicos. A teoria mais simples diz que a forma obtida deve ter uma forma que será mais perfeitamente redonda à medida que muitos vazios forem medidos. Os desvios da esfericidade indicarão, contudo, que a receita cósmica deve ser revista.
Esta sequência de vídeo narrada ilustra como o telescópio espacial romano será capaz de observar os vazios cósmicos do Universo. Estas medições muito precisas ajudarão a refinar os modelos cosmológicos. Para obter uma tradução francesa bastante precisa, clique no retângulo branco no canto inferior direito. As legendas em inglês devem aparecer. Em seguida, clique na porca à direita do retângulo, depois em “Legendas” e por fim em “Traduzir automaticamente”. Escolha “Francês”. © Vídeo: NASA, STScI; Visualização: Frank Summers (STScI); Roteiro: Frank Summers (STScI); Narrado: Frank Summers (STScI); Áudio: Danielle Kirshenblat (STScI); Ciência: Giulia Degni (Universidade Roma Tre), Alice Pisani (CPPM), Giovanni Verza (Centro de Astrofísica Computacional/Instituto Flatiron)