Usando a distribuição de matéria escura para testar nosso modelo cosmológico – Strong The One

A resposta: você vê como isso afeta as coisas que você pode ver. No caso da matéria escura, os astrônomos observam como a luz de galáxias distantes se curva em torno dela.

Uma equipe internacional de astrofísicos e cosmólogos passou o ano passado desvendando os segredos desse material indescritível, usando simulações de computador sofisticadas e observações de uma das câmeras astronômicas mais poderosas do mundo, a Hyper Suprime-Cam (HSC). A equipe é liderada por astrônomos da Universidade de Princeton e das comunidades astronômicas do Japão e de Taiwan, usando dados dos primeiros três anos do levantamento do céu HSC, um levantamento de imagens de campo amplo realizado com o telescópio Subaru de 8,2 metros no cume do Maunakea no Havaí. Subaru é operado pelo Observatório Astronômico Nacional do Japão; seu nome é a palavra japonesa para o aglomerado de estrelas que chamamos de Plêiades.

A equipe apresentou suas descobertas em um webinar com a participação de mais de 200 pessoas e compartilhará seu trabalho na conferência “Future Science with CMB x LSS” no Japão.

“Nosso objetivo geral é medir algumas das propriedades mais fundamentais do nosso universo”, disse Roohi Dalal, estudante de pós-graduação em astrofísica em Princeton. “Sabemos que a energia escura e a matéria escura compõem 95% do nosso universo, mas entendemos muito pouco sobre o que realmente são e como evoluíram ao longo da história do universo. Aglomerados de matéria escura distorcem a luz de galáxias distantes através de lentes gravitacionais fracas, um fenômeno previsto pela Teoria Geral da Relatividade de Einstein. Essa distorção é um efeito muito, muito pequeno; a forma de uma única galáxia é distorcida por uma quantidade imperceptível. Mas quando fazemos essa medição para 25 milhões de galáxias, somos capazes de medir a distorção com bastante precisão.”

Para ir direto ao ponto: a equipe mediu um valor para a “aglomeração” da matéria escura do universo (conhecida pelos cosmólogos como “S₈“) de 0,776, que se alinha com os valores que outras pesquisas de lentes gravitacionais encontraram ao observar o universo relativamente recente – mas não se alinha com o valor de 0,83 derivado do Fundo de Microondas Cósmica, que remonta às origens do universo.

A diferença entre esses dois valores é pequena, mas à medida que mais e mais estudos confirmam cada um dos dois valores, isso não parece ser acidental. As outras possibilidades são que há algum erro ou erro ainda não reconhecido em uma dessas duas medições ou o modelo cosmológico padrão está incompleto de alguma forma interessante.

“Ainda estamos sendo bastante cautelosos aqui”, disse Michael Strauss, presidente do Departamento de Ciências Astrofísicas de Princeton e um dos líderes da equipe do HSC. “Não estamos dizendo que acabamos de descobrir que a cosmologia moderna está totalmente errada, porque, como Roohi enfatizou, o efeito que estamos medindo é muito sutil. Agora, achamos que fizemos a medição corretamente. . E as estatísticas mostram que há apenas uma chance em 20 de que seja apenas devido ao acaso, o que é atraente, mas não totalmente definitivo. Mas como nós da comunidade de astronomia chegamos à mesma conclusão em vários experimentos, à medida que continuamos fazendo esses medições, talvez estejamos descobrindo que é real.”

Escondendo e descobrindo os dados

A ideia de que alguma mudança é necessária no modelo cosmológico padrão, de que existe alguma peça fundamental da cosmologia ainda a ser descoberta, é deliciosamente sedutora para alguns cientistas.

“Somos seres humanos e temos preferências. É por isso que fazemos o que chamamos de análise ‘cega'”, disse Strauss. “Os cientistas se tornaram autoconscientes o suficiente para saber que iremos nos influenciar, não importa o quão cuidadosos sejamos, a menos que façamos nossa análise sem nos permitir conhecer os resultados até o fim. Para mim, eu adoraria realmente encontrar algo fundamentalmente novo. Isso seria realmente empolgante. Mas como tenho preconceito nessa direção, queremos ter muito cuidado para não deixar que isso influencie qualquer análise que fizermos.”

Para proteger seu trabalho de seus preconceitos, eles literalmente esconderam seus resultados de si mesmos e de seus colegas – mês após mês após mês.

“Eu trabalhei nessa análise por um ano e não consegui ver os valores que estavam saindo”, disse Dalal.

A equipe ainda adicionou uma camada extra de ofuscamento: eles executaram suas análises em três catálogos de galáxias diferentes, um real e dois com valores numéricos compensados ​​por valores aleatórios.

“Não sabíamos qual deles era real, então, mesmo que alguém acidentalmente visse os valores, não saberíamos se os resultados eram baseados no catálogo real ou não”, disse ela.

Em 16 de fevereiro, a equipe internacional se reuniu no Zoom – à noite em Princeton, pela manhã no Japão e em Taiwan – para a “revelação”.

“Parecia uma cerimônia, um ritual pelo qual passamos”, disse Strauss. “Revelamos os dados e executamos nossos gráficos, imediatamente vimos que era ótimo. Todos disseram, ‘Oh, ufa!’ e todos ficaram muito felizes.”

Dalal e sua colega de quarto abriram uma garrafa de champanhe naquela noite.

Uma enorme pesquisa com a maior câmera telescópica do mundo

HSC é a maior câmera em um telescópio de seu tamanho no mundo, manto que manterá até que o Observatório Vera C. Rubin, atualmente em construção nos Andes chilenos, inicie o Legacy Survey of Space and Time (LSST) no final de 2024. Na verdade, os dados brutos do HSC são processados ​​com o software projetado para LSST. “É fascinante ver que nossos pipelines de software são capazes de lidar com quantidades tão grandes de dados bem antes do LSST”, disse Andrés Plazas, pesquisador associado de Princeton.

A pesquisa que a equipe de pesquisa usou cobre cerca de 420 graus quadrados do céu, o equivalente a 2.000 luas cheias. Não é um único pedaço contíguo de céu, mas dividido em seis pedaços diferentes, cada um do tamanho que você poderia cobrir com um punho estendido. Os 25 milhões de galáxias que eles pesquisaram estão tão distantes que, e