DESI fornece o melhor teste de sempre do comportamento da gravidade à escala cósmica

Investigadores utilizaram o DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) para mapear quase seis milhões de galáxias ao longo de 11 mil milhões de anos da história cósmica, o que lhes permitiu estudar a forma como as galáxias se agruparam ao longo do tempo e investigar o crescimento da estrutura cósmica. Esta análise complexa dos dados do primeiro ano do DESI fornece um dos testes mais rigorosos da teoria da relatividade geral de Einstein.

A gravidade moldou o nosso cosmos. A sua influência atrativa transformou pequenas variações na quantidade de matéria presente no Universo primitivo nos extensos filamentos de galáxias que vemos hoje. Um novo estudo, que utiliza o primeiro ano de dados do DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), rastreou a forma como esta estrutura cósmica cresceu ao longo dos últimos 11 mil milhões de anos, fornecendo o teste mais preciso, até à data, do comportamento da gravidade a escalas muito grandes.

O DESI é um instrumento topo de gama que pode captar a luz de 5000 galáxias em simultâneo. Foi construído e é operado com financiamento do Gabinete de Ciência do Departamento de Energia dos EUA. O DESI está montado no telescópio Nicholas U. Mayall de 4 metros da NSF (National Science Foundation) dos EUA, no Observatório Nacional de Kitt Peak, um programa do NOIRLab (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory). O programa está agora no seu quarto de cinco anos de observação do céu e deverá estudar cerca de 40 milhões de galáxias e quasares até ao final do projeto.

O projeto DESI é uma colaboração internacional de mais de 900 investigadores de mais de 70 instituições de todo o mundo e é gerido pelo Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia dos EUA.

No seu novo estudo, os investigadores do projeto DESI descobriram que a gravidade se comporta como previsto pela teoria da relatividade geral de Einstein. O resultado valida o nosso principal modelo do Universo e limita possíveis teorias de gravidade modificada, que têm sido propostas como formas alternativas de explicar observações inesperadas, tais como a expansão acelerada do nosso Universo que é tipicamente atribuída à energia escura.

A colaboração DESI partilhou os seus resultados em vários artigos científicos publicados no repositório online arXiv. A complexa análise utilizou quase seis milhões de galáxias e quasares e permite aos investigadores ver até 11 mil milhões de anos no passado. Com apenas um ano de dados, o DESI efetuou a medição geral mais precisa do crescimento da estrutura cósmica, ultrapassando os esforços anteriores que demoraram décadas a concluir.

Os resultados fornecem uma análise alargada do primeiro ano de dados do DESI, que em abril fez o maior mapa 3D do nosso Universo até à data e revelou indícios de que a energia escura pode estar a evoluir ao longo do tempo. Os resultados de abril analisaram uma característica específica da forma como as galáxias se agrupam, conhecida como OABs (Oscilações Acústicas de Bariões). A nova análise alarga o âmbito, medindo a forma como as galáxias e a matéria se distribuem em diferentes escalas pelo espaço. O estudo também forneceu melhores restrições da massa dos neutrinos, as únicas partículas fundamentais cujas massas ainda não foram medidas com precisão. Os neutrinos influenciam muito ligeiramente o padrão de agregação das galáxias, mas isso pode ser medido com a qualidade dos dados do DESI. As limitações do DESI são as mais rigorosas até à data, complementando as limitações das medições laboratoriais.

O estudo exigiu meses de trabalho adicional e de verificações. Tal como o estudo anterior, foi utilizada uma técnica para ocultar o resultado aos cientistas até ao fim, atenuando assim qualquer viés involuntário.

“Esta investigação faz parte de um dos projetos-chave da experiência DESI – aprender mais sobre os aspetos fundamentais do nosso Universo a grandes escalas, tais como a distribuição da matéria e o comportamento da energia escura, bem como aspetos fundamentais das partículas”, diz Stephanie Juneau, astrónoma do NOIRLab da NSF e membro da colaboração DESI. “Ao comparar a evolução da distribuição da matéria no Universo com as previsões existentes, incluindo a teoria da relatividade geral de Einstein e as teorias concorrentes, estamos realmente a restringir as possibilidades dos nossos modelos de gravidade”.

A colaboração está atualmente a analisar os primeiros três anos de dados recolhidos e espera apresentar medições atualizadas da energia escura e da história da expansão do nosso Universo no próximo ano. Os resultados alargados do DESI aqui divulgados são consistentes com a preferência anterior da experiência por uma energia escura em evolução, aumentando a expetativa da próxima análise.

“A matéria escura constitui cerca de um-quarto do Universo e a energia escura constitui outros 70 por cento, e não sabemos realmente o que é qualquer uma delas”, disse Mark Maus, estudante de doutoramento do Berkeley Lab e da Universidade da Califórnia em Berkeley que trabalhou na teoria e na validação de modelos para a nova análise. “A ideia de que podemos tirar fotografias do Universo e responder a estas grandes questões fundamentais é impressionante”.

Embora os dados do primeiro ano do DESI ainda não estejam disponíveis ao público, os investigadores podem aceder à primeira versão dos dados. Estão disponíveis em ficheiros através da colaboração DESI e em bases de dados pesquisáveis de catálogos e espetros através do Astro Data Lab e do SPARCL, um programa do NOIRLab da NSF.

// NOIRLab (comunicado de imprensa)
// Berkeley Lab (comunicado de imprensa)
// DESI (comunicado de imprensa)
// Universidade do Texas em Dallas (comunicado de imprensa)
// IAC (comunicado de imprensa)

Artigos científicos:
// DESI 2024 II: Sample Definitions, Characteristics, and Two-point Clustering Statistics
// DESI 2024 V: Full-Shape Galaxy Clustering from Galaxies and Quasars
// DESI 2024 VII: Cosmological Constraints from the Full-Shape Modeling of Clustering Measurements

Artigos científicos de apoio:
// Modified Gravity Constraints from the Full Shape Modeling of Clustering Measurements from DESI 2024
// Mitigating Imaging Systematics for DESI 2024 Emission Line Galaxies and Beyond
// Characterization of DESI fiber assignment incompleteness effect on 2-point clustering and mitigation methods for Y1 analysis (partilhado no Google Drive)
// Analytical and EZmock covariance validation for the DESI 2024 results
// Exploring HOD-dependent systematics for the DESI 2024 Full-Shape galaxy clustering analysis

Saiba mais:

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Universo:
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Estrutura a grande-escala do Universo (Wikipedia)
Big Bang (Wikipedia)
Cronologia do Universo (Wikipedia)
Modelo Lambda-CDM (Wikipedia)

Energia escura:
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Matéria escura:
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Matéria [comum]:
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Neutrino:
Wikipedia

Quasar:
Wikipedia

OABs (Oscilações Acústicas de Bariões):
NASA
Página de Martin White
Wikipedia

DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument):
Página oficial
Wikipedia

Telescópio Mayall:
NOIRLab
Wikipedia
DESI (NOIRLab)