p Uma combinação de dados observacionais e simulações de computador sofisticadas gerou avanços em um campo da astrofísica que se estagnou por meio século. The Dark Energy Survey, que é hospedado pelo Laboratório Nacional do Acelerador Fermi do Departamento de Energia dos EUA, publicou uma série de novos resultados sobre o que é chamado de luz intracluster, ou ICL, um tipo de luz tênue encontrada dentro de aglomerados de galáxias. p A primeira explosão de novidades, medições de precisão ICL apareceram em um artigo publicado em The Astrophysical Journal em abril de 2019. Outro apareceu mais recentemente em Avisos Mensais da Royal Astronomical Society. Em uma descoberta surpreendente do último, Os físicos do DES descobriram novas evidências de que o ICL pode fornecer uma nova maneira de medir uma substância misteriosa chamada matéria escura.

p A fonte da ICL parece ser estrelas desonestas, aqueles não gravitacionalmente ligados a qualquer galáxia. Há muito se suspeita que o ICL seja um componente significativo de aglomerados de galáxias, mas sua fraqueza o torna difícil de medir. Ninguém sabe quanto existe ou até que ponto se espalhou pelos aglomerados de galáxias.

p "Observacionalmente, descobrimos que a luz intracluster é um traçador radial muito bom de matéria escura. Isso significa que, onde a luz intracluster é relativamente brilhante, a matéria escura é relativamente densa, "disse o cientista do Fermilab Yuanyuan Zhang, que liderou ambos os estudos. "Apenas medir o ICL em si é muito emocionante. A parte da matéria escura é uma descoberta fortuita. Não é o que esperávamos."

p Embora invisível, a matéria escura é responsável pela maior parte da matéria no universo. Em que consiste a matéria escura é um dos maiores mistérios da cosmologia moderna. Os cientistas sabem apenas que difere muito da matéria normal que consiste nos prótons, nêutrons e elétrons que dominam a vida cotidiana.

p Mas ICL, não matéria escura, estava inicialmente na agenda da equipe de pesquisa. A maioria dos astrofísicos mede a luz intracluster no centro de um aglomerado de galáxias, onde é mais brilhante e abundante.

p "Nós fomos muito longe dos centros dos aglomerados de galáxias, onde a luz é muito fraca, "Zhang disse." E quanto mais longe do centro íamos, mais difícil se tornava a medição. "

p No entanto, os colaboradores do DES conseguiram sair com a medição mais radialmente estendida de ICL de todos os tempos.

p A equipe usou lentes gravitacionais fracas para comparar a distribuição radial do ICL - como ele muda com a distância do centro de um aglomerado - com a distribuição radial da massa de um aglomerado de galáxias. Lente fraca é um método sensível à matéria escura para medir a massa de uma galáxia ou aglomerado. Ocorre quando a gravidade de uma estrela ou aglomerado em primeiro plano desvia a luz de uma galáxia mais distante, distorcendo sua forma aparente.

p Descobriu-se observacionalmente que o ICL reflete a distribuição da massa visível total de um aglomerado de galáxias e, possivelmente, a distribuição da matéria escura invisível.

p "Não esperávamos encontrar uma conexão tão estreita entre essas distribuições radiais, mas nós fizemos, "disse o cientista Hillysson Sampaio-Santos, o principal autor do novo artigo.

p Comparando observações com simulações

p Para obter mais informações, a equipe usou uma simulação de computador sofisticada para estudar a relação entre ICL e matéria escura. Eles descobriram que os perfis radiais entre os dois fenômenos na simulação não estavam de acordo com os dados observacionais. Na simulação, "o perfil radial ICL não era o melhor componente para rastrear a matéria escura, "disse Sampaio-Santos, que está com o Observatório Nacional do Rio de Janeiro, Brasil.

p Zhang observou que é muito cedo para dizer exatamente o que causou o conflito entre observação e simulação.

p "Se a simulação não deu certo, isso pode significar que a luz intracluster simulada é produzida em um momento ligeiramente diferente do que nas observações. As estrelas simuladas não tiveram tempo suficiente para vagar e começar a rastrear a matéria escura, " ela disse.

p Sampaio-Santos observou que mais estudos de ICL poderiam fornecer insights sobre a dinâmica que ocorre dentro dos aglomerados de galáxias, incluindo interações que liberam gravitacionalmente algumas de suas estrelas, permitindo que eles vaguem.

p "Estou planejando estudar a luz intracluster e os efeitos do relaxamento, "ou espalhando-se, ele disse. Por exemplo, alguns clusters se fundiram. Esses clusters mesclados devem ter propriedades diferentes de ICL em comparação com clusters que são relaxados.

p Melhorar os sinais em conjuntos de dados ruidosos

p O ICL que a equipe mediu é cerca de cem a mil vezes mais fraco do que o que os cientistas do DES normalmente tentam. Isso significa que a equipe teve que lidar com muito ruído e contaminação no sinal.

p O aspecto técnico da façanha foi desafiador, Zhang disse, "mas porque tínhamos muitos dados do Dark Energy Survey, fomos capazes de cancelar muito ruído para fazer esse tipo de medição. É uma média estatística. "

p Os astrofísicos normalmente fazem medições de ICL usando um punhado de aglomerados de galáxias de cada vez.

p "Essa é uma ótima maneira de obter informações sobre os sistemas individuais, "Disse Zhang.

p Para ter uma visão geral e diminuir o ruído, a equipe do DES calculou estatisticamente uma média de cerca de 300 aglomerados de galáxias no primeiro estudo e mais de 500 aglomerados no segundo. Todos eles estão a alguns bilhões de anos-luz da Terra.

p Provocar o sinal do ruído de cada cluster consome muitos dados, que é exatamente o que o DES gerou. No início de 2019, O DES completou sua missão de seis anos de observação de centenas de milhões de galáxias distantes nos céus do sul e publicou publicamente seu segundo lançamento de dados em meados de janeiro.

p O ICL mede aglomerados de sondas que estão a até 3,3 bilhões de anos-luz da Terra. Em estudos futuros, Zhang gostaria de estudar a evolução do desvio para o vermelho da ICL - como ela muda com o tempo cósmico.

p "Meu sonho é ir até o redshift um - 10 bilhões de anos-luz, "Zhang disse." Estudos dizem que é quando a ICL apenas começou a evoluir. "

p Indo tão longe permitiria aos cientistas ver a construção da ICL ao longo do tempo.

p "Mas isso é muito difícil porque é três vezes mais longe do que a distância de nossas medições mais recentes, então tudo vai ficar extremamente fraco lá, " ela disse.