p É uma ironia cósmica:as maiores coisas do universo também podem ser as mais difíceis de encontrar. p Elizabeth Blanton, um professor associado de astronomia da Boston University, começou a caçar aglomerados de galáxias distantes há mais de 20 anos. Um único aglomerado de galáxias pode ser tão massivo quanto um quatrilhão de sóis, no entanto, aglomerados distantes são tão tênues que são praticamente invisíveis para todos, exceto para os maiores telescópios terrestres. Aglomerados distantes contêm pedaços da história de como a estrutura semelhante a uma teia do universo surgiu pela primeira vez e podem ajudar a iluminar a verdadeira natureza da energia escura e da matéria escura. Agora, a pesquisa de sua equipe está entregando seu maior retorno:um catálogo de cerca de 200 aglomerados de galáxias candidatos que, se confirmado, pode incluir alguns dos clusters mais distantes já encontrados. Os novos resultados, que será uma ferramenta útil para astrônomos em todo o mundo, foram publicados em 26 de julho, 2017, edição do Astrophysical Journal por uma equipe que inclui Rachel Paterno-Mahler (GRS'15), O candidato a doutorado Emmet Golden-Marx (GRS'16, '19), Gagandeep Anand (GRS'17), Joshua Wing (GRS'07, '13), e colegas da University of Missouri-Kansas City e do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

p Os aglomerados de galáxias podem conter milhares de galáxias e muitos trilhões de estrelas - e isso é exatamente o que os astrônomos podem ver com telescópios comuns. O gás quente entre as galáxias brilha com raios-X, e os astrônomos suspeitam que mais de 85 por cento da massa de cada aglomerado está oculta na forma de matéria escura. Mapeado em três dimensões, o universo é uma teia de filamentos brilhantes e vazios escuros, com aglomerados de galáxias ocupando os pontos onde os filamentos se cruzam.

p Tecido nesta teia cósmica são pistas para dois grandes mistérios cósmicos:matéria escura, o material invisível que permeia as galáxias e os espaços entre elas, e energia escura, que está impulsionando a expansão acelerada do universo. Juntos, matéria escura e energia escura constituem cerca de 95 por cento do nosso universo, cientistas suspeitam, mas os astrofísicos sabem da existência da matéria escura e da energia escura apenas indiretamente, por sua influência nas estrelas e galáxias que iluminam o céu.

p O novo cache de candidatos a aglomerados de galáxias distantes pode ajudar os pesquisadores a identificar as propriedades da matéria escura e da energia escura, diz Paterno-Mahler, primeiro autor do novo artigo, um de uma série futura da equipe de Blanton. "Os aglomerados de galáxias são realmente bons bancos de ensaio para aprender sobre os parâmetros cosmológicos do nosso universo, como quanta energia escura existe e quanta matéria escura existe. "

p Ao comparar clusters distantes com seus equivalentes locais, os pesquisadores também podem montar um cronograma de como os aglomerados de galáxias se formaram e cresceram. Isso porque a luz dos aglomerados mais distantes teve que viajar bilhões de anos antes de chegar à Terra, portanto, os astrônomos veem esses aglomerados como eram há muito tempo. "Se quisermos aprender como os aglomerados - as estruturas colapsadas mais massivas do universo - se formam e evoluem, precisamos estudá-los em uma série de distâncias, indo todo o caminho de volta, "diz o co-autor Mark Brodwin, professor assistente de física e astronomia na Universidade de Missouri-Kansas City. E porque os aglomerados de galáxias dão aos astrônomos acesso a uma grande amostra de galáxias que são semelhantes em idade, eles também fornecem um laboratório para estudar como as galáxias individuais mudaram ao longo do tempo. "Você tem um monte de galáxias na mesma época, juntos no espaço, para comparar com galáxias mais próximas, "diz Blanton.

p Mas quanto mais longe um aglomerado de galáxias está da Terra, mais fraco ele parece. Os telescópios ópticos tradicionais devem olhar para um único ponto no céu por um longo tempo para coletar luz suficiente para revelar um aglomerado distante, e inspecionar todo o céu dessa forma é proibitivo para o tempo. Então, para criar o novo catálogo, Blanton e sua equipe vasculharam os dados arquivados em busca de pistas de onde os clusters podem estar, e então seguiu com observações de telescópio direcionadas. A busca deles, apelidado de COBRA (Clusters Ocupados pela Bent Radio AGN, ou núcleos galácticos ativos), foi apoiado por doações da National Science Foundation e da NASA.

p Sua trilha de pistas começa com o fato de que quase todas as grandes galáxias têm um buraco negro supermassivo em seu centro. Esses buracos negros são comedores notoriamente confusos, e quando eles estão festejando, parte da poeira e do gás que mergulham para dentro são espirrados em enormes, jatos em espiral. Esses jatos podem estender a largura da galáxia e além, e eles produzem um rugido de ondas de rádio que os astrônomos podem captar com radiotelescópios na Terra. Se a galáxia também estiver ampliando através do gás de aglomerado quente (ou se o gás estiver passando pela galáxia), os jatos se flexionam em uma forma característica de "C" - "como seu cabelo ao vento, "diz Blanton. Esta forma de" C "é a primeira pista para um possível aglomerado.

p A equipe de Blanton examinou com atenção as pesquisas existentes no céu e encontrou quase 2, 000 desses objetos peculiares. Então Wing, como parte de seu trabalho de dissertação, comparou esses aglomerados suspeitos a imagens de luz visual dos arquivos do Sloan Digital Sky Survey. Os candidatos mais interessantes, diz Blanton, são aqueles para os quais as imagens de Sloan parecem escuras, sugerindo que o sinal de rádio pode estar vindo de um aglomerado tão distante que o telescópio Sloan Survey não consegue vê-lo.

p Com as possibilidades reduzidas ainda mais, eles então usaram o Telescópio Espacial Spitzer para se concentrar em cerca de 650 aglomerados possíveis, um por um. (Spitzer é mais sensível à luz infravermelha, radiação que não pode ser vista pelo olho humano, mas é ideal para observar galáxias distantes.) Com a ajuda de um computador, eles contaram o número de galáxias em cada quadro do Spitzer e o compararam ao número típico de galáxias em uma área comparável do céu. Um número excepcionalmente alto de galáxias - chamado de "densidade excessiva" - sugere um aglomerado de galáxias.

p Uma densidade excessiva não é prova definitiva de um aglomerado de galáxias, no entanto. "Você está vendo uma imagem 2-D de uma distribuição 3-D de objetos, "explica Blanton." Alguns deles podem estar em primeiro plano, ou no fundo. "Esses" efeitos de projeção "podem criar a ilusão de um aglomerado onde nenhum realmente existe. O próximo passo do grupo, em andamento agora, é medir a distância de cada galáxia no aglomerado aparente para confirmar que o agrupamento é real, não uma ilusão de ótica.

p Golden-Marx já está estabelecendo distâncias para algumas das galáxias usando o telescópio Discovery Channel de 4,3 metros, onde BU é uma instituição parceira, e Blanton espera garantir tempo no Telescópio Espacial Hubble e em um dos telescópios gêmeos Keck de 10 metros no Havaí para obter medições ainda mais precisas. Assim que as distâncias forem confirmadas, a equipe poderá ordenar adequadamente os clusters por idade e também confirmar se seu catálogo realmente inclui os clusters mais distantes já encontrados.