Aplicando ciência da computação de ponta a uma riqueza de novos dados astronômicos, pesquisadores do Sloan Digital Sky Survey (SDSS) relataram hoje a primeira detecção robusta de ampliação cósmica em grandes escalas, uma previsão da Teoria Geral da Relatividade de Einstein aplicada à distribuição de galáxias , matéria escura e quasares distantes.
Essas descobertas, aceitas para publicação no The Astrophysical Journal, detalham as distorções sutis pelas quais a luz sofre enquanto viaja de quasares distantes pela rede de matéria escura e galáxias antes de alcançar observadores aqui na Terra.
A descoberta do SDSS encerra um desacordo de duas décadas entre medições anteriores de ampliação e outros testes cosmológicos da relação entre galáxias, matéria escura e a geometria geral do universo.
“A distorção das formas das galáxias de fundo devido às lentes gravitacionais foi observada pela primeira vez há mais de uma década, mas ninguém foi capaz de detectar com segurança a parte de ampliação do sinal de lentes”, explicou o pesquisador Ryan Scranton, da Universidade de Pittsburgh.
À medida que a luz faz sua jornada de 10 bilhões de anos a partir de um quasar distante, ela é desviada e focada pela atração gravitacional da matéria escura e galáxias, um efeito conhecido como lente gravitacional. Os pesquisadores do SDSS mediram definitivamente o leve brilho ou "ampliação" dos quasares e conectam o efeito à densidade de galáxias e matéria escura ao longo do caminho da luz do quasar. A equipe do SDSS detectou essa ampliação no brilho de 200.000 quasares.
Embora as lentes gravitacionais sejam uma previsão fundamental da Relatividade Geral de Einstein, a descoberta da colaboração SDSS adiciona uma nova dimensão.
"Observar o efeito de ampliação é uma confirmação importante de uma previsão básica da teoria de Einstein", explicou Bob Nichol, colaborador do SDSS na Universidade de Portsmouth (Reino Unido). "Isso também nos fornece uma verificação de consistência crucial no modelo padrão desenvolvido para explicar a interação de galáxias, aglomerados de galáxias e matéria escura".
Os astrônomos tentam medir esse aspecto das lentes gravitacionais há duas décadas. No entanto, o sinal de ampliação é um efeito muito pequeno - tão pequeno quanto alguns por cento aumenta a luz proveniente de cada quasar. A detecção de uma alteração tão pequena exigiu uma amostra muito grande de quasares com medições precisas de seu brilho.
"Embora muitos grupos tenham relatado detecções de ampliação cósmica no passado, seus conjuntos de dados não eram grandes o suficiente ou precisos o suficiente para permitir uma medição definitiva, e os resultados eram difíceis de conciliar com a cosmologia padrão", acrescentou Brice Menard, pesquisador da Instituto de Estudos Avançados em Princeton, NJ.
A inovação ocorreu no início deste ano, usando uma amostra calibrada com precisão de 13 milhões de galáxias e 200.000 quasares do catálogo do SDSS. Os dados totalmente digitais disponíveis no SDSS resolveram muitos dos problemas técnicos que atormentavam as tentativas anteriores de medir a ampliação. No entanto, a chave para a nova medição foi o desenvolvimento de uma nova maneira de encontrar quasares nos dados do SDSS.
"Pegamos idéias de ponta do mundo da ciência da computação e estatística e as aplicamos aos nossos dados", explicou Gordon Richards, da Universidade de Princeton.
Richards explicou que, usando novas técnicas estatísticas, os cientistas do SDSS conseguiram extrair uma amostra de quasares 10 vezes maior que os métodos convencionais, permitindo a extraordinária precisão necessária para encontrar o sinal de ampliação. "Nossa clara detecção do sinal de lente não poderia ter sido feita sem essas técnicas", concluiu Richards.
Observações recentes da distribuição em larga escala de galáxias, o Fundo Cósmico de Microondas e supernovas distantes levaram os astrônomos a desenvolver um 'modelo padrão' de cosmologia. Nesse modelo, as galáxias visíveis representam apenas uma pequena fração de toda a massa do universo, sendo o restante feito de matéria escura.
Mas para reconciliar medições anteriores do sinal de ampliação cósmica com este modelo, foi necessário fazer suposições implausíveis sobre como as galáxias são distribuídas em relação à matéria escura dominante. Isso levou alguns a concluir que o quadro cosmológico básico era incorreto ou pelo menos inconsistente. No entanto, os resultados mais precisos do SDSS indicam que os conjuntos de dados anteriores provavelmente não estavam à altura do desafio da medição.
"Com os dados de qualidade do SDSS e nosso método muito melhor de seleção de quasares, resolvemos esse problema", disse Scranton. "Nossa medição está de acordo com o resto do que o universo está nos dizendo e o desacordo irritante é resolvido."
"Agora que demonstramos que podemos fazer uma medição confiável da ampliação cósmica, o próximo passo será usá-la como uma ferramenta para estudar a interação entre galáxias, matéria escura e luz com muito mais detalhes", disse Andrew Connolly da Universidade de Pittsburgh.
Fonte original: Comunicado de imprensa do SDSS
