Imagine plantar uma única semente e, com grande precisão, ser capaz de prever a altura exata da árvore que cresce a partir dele. Agora imagine viajar para o futuro e obter provas fotográficas de que você estava certo.

Se você pensa na semente como o universo primordial, e a árvore como o universo da maneira que se parece agora, você tem uma ideia do que a colaboração Dark Energy Survey (DES) acaba de fazer. Em uma apresentação hoje na reunião da Divisão de Partículas e Campos da Sociedade Física Americana no Laboratório Nacional do Acelerador Fermi do Departamento de Energia dos EUA (DOE), Os cientistas do DES irão revelar a medição mais precisa já feita da atual estrutura em grande escala do universo.

Essas medições da quantidade e "aglomeração" (ou distribuição) da matéria escura no cosmos atual foram feitas com uma precisão que, pela primeira vez, rivaliza com as inferências do universo primordial pelo observatório orbital de Planck da Agência Espacial Européia. O novo resultado DES (a árvore, na metáfora acima) está perto de "previsões" feitas a partir das medições de Planck do passado distante (a semente), permitindo que os cientistas entendam mais sobre as formas como o universo evoluiu ao longo de 14 bilhões de anos.

"Este resultado é além de empolgante, "disse Scott Dodelson, do Fermilab, um dos cientistas líderes neste resultado. "Pela primeira vez, somos capazes de ver a estrutura atual do universo com a mesma clareza com que podemos ver sua infância, e podemos seguir os fios de um para o outro, confirmando muitas previsões ao longo do caminho. "

Mais notavelmente, este resultado apóia a teoria de que 26 por cento do universo está na forma de matéria escura misteriosa e que o espaço é preenchido com uma energia escura também invisível, que está causando a expansão acelerada do universo e representa 70 por cento.

Paradoxalmente, é mais fácil medir a aglomeração em grande escala do universo no passado distante do que medi-la hoje. Nos primeiros 400, 000 anos após o Big Bang, o universo foi preenchido com um gás brilhante, a luz da qual sobrevive até hoje. O mapa de Planck dessa radiação cósmica de fundo em micro-ondas nos dá um instantâneo do universo naquela época. Desde então, a gravidade da matéria escura juntou a massa e tornou o universo mais denso com o tempo. Mas a energia negra tem lutado de volta, separando a matéria. Usando o mapa Planck como ponto de partida, cosmologistas podem calcular precisamente como essa batalha se desenrola ao longo de 14 bilhões de anos.

"As medições DES, quando comparado com o mapa de Planck, apoiar a versão mais simples da teoria da matéria escura / energia escura, "disse Joe Zuntz, da Universidade de Edimburgo, que trabalhou na análise. "O momento em que percebemos que nossa medição correspondia ao resultado do Planck em 7 por cento foi emocionante para toda a colaboração."

O principal instrumento do DES é a Dark Energy Camera de 570 megapixels, um dos mais poderosos que existem, capaz de capturar imagens digitais de luz de galáxias a oito bilhões de anos-luz da Terra. A câmera foi construída e testada no Fermilab, o laboratório líder na Pesquisa de Energia Escura, e é montado no telescópio Blanco de 4 metros da National Science Foundation, parte do Observatório Interamericano de Cerro Tololo no Chile, uma divisão do Observatório Nacional de Astronomia Óptica. Os dados do DES são processados ​​no National Center for Supercomputing Applications da University of Illinois at Urbana-Champaign.

Cientistas do DES estão usando a câmera para mapear um oitavo do céu com detalhes sem precedentes ao longo de cinco anos. O quinto ano de observação começará em agosto. Os novos resultados divulgados hoje baseiam-se em dados coletados apenas durante o primeiro ano da pesquisa, que cobre 1/30 do céu.

“É incrível que a equipe tenha conseguido atingir tal precisão apenas no primeiro ano de sua pesquisa, "disse Nigel Sharp, Diretor do Programa da National Science Foundation." Agora que suas técnicas de análise foram desenvolvidas e testadas, aguardamos com grande expectativa os resultados revolucionários à medida que a pesquisa continua. "

Os cientistas do DES usaram dois métodos para medir a matéria escura. Primeiro, eles criaram mapas de posições de galáxias como rastreadores, e em segundo lugar, eles mediram com precisão as formas de 26 milhões de galáxias para mapear diretamente os padrões da matéria escura ao longo de bilhões de anos-luz, usando uma técnica chamada lente gravitacional.

Para fazer essas medições ultraprecisas, a equipe DES desenvolveu novas maneiras de detectar as minúsculas distorções de lentes de imagens de galáxias, um efeito nem mesmo visível a olho nu, permitindo avanços revolucionários na compreensão desses sinais cósmicos. No processo, eles criaram o maior guia para detectar matéria escura no cosmos já desenhado (veja a imagem). O novo mapa de matéria escura é 10 vezes maior do que o DES lançado em 2015 e, eventualmente, será três vezes maior do que é agora.

"É um enorme esforço de equipe e o culminar de anos de trabalho focado, "disse Erin Sheldon, um físico do Laboratório Nacional Brookhaven do DOE, que co-desenvolveu o novo método para detectar distorções de lente.

Esses resultados e outros do primeiro ano da Pesquisa de Energia Escura serão divulgados hoje online e anunciados durante uma palestra de Daniel Gruen, Bolsista Einstein da NASA no Instituto Kavli para Astrofísica de Partículas e Cosmologia no Laboratório Nacional de Acelerador SLAC do DOE, às 17 horas Hora central. A palestra faz parte da reunião da Divisão de Partículas e Campos da APS no Fermilab e será transmitida ao vivo.

Os resultados também serão apresentados pela colega Kavli Elisabeth Krause do Instituto Kavli para Astrofísica de Partículas e Cosmologia do SLAC na Conferência de Astrofísica de Partículas TeV em Columbus, Ohio, em 9 de agosto; e por Michael Troxel, pós-doutorado no Center for Cosmology and AstroParticle Physics da Ohio State University, no Simpósio Internacional sobre Interações de Lepton Photon em High Energies em Guanzhou, China, em 10 de agosto. Todos os três desses palestrantes são coordenadores de grupos de trabalho de ciência do DES e fizeram contribuições importantes para a análise.

"O Dark Energy Survey já apresentou algumas descobertas e medições notáveis, e eles mal arranharam a superfície de seus dados, "disse Nigel Lockyer, diretor do Fermilab." Os resultados líderes mundiais de hoje apontam para os grandes avanços que o DES fará no sentido de compreender a energia escura nos próximos anos. "