p A galáxia mais distante já observada está tão longe que a luz estelar que agora detectamos foi emitida menos de 500m anos após o Big Bang. Demorou cerca de 13 bilhões de anos para chegar até nós. Mas há muitas coisas sobre uma galáxia que não podemos ver. Por exemplo, pensamos que as galáxias estão imersas em "halos" gigantescos de uma substância invisível chamada matéria escura. Os cientistas não sabem realmente o que é a matéria escura, mas eles sabem que existe porque tem uma atração gravitacional sobre a matéria circundante. p Agora nossa nova pesquisa, publicado em Astronomia da Natureza , apresenta uma maneira pela qual podemos aprender como as galáxias evoluíram dentro deste estranho, matéria escura na maior parte do tempo cósmico.

p O fato de podermos ver a luz emitida há 13 bilhões de anos pode parecer incrível. Mas podemos realmente ver a luz emitida ainda antes - antes da formação das galáxias. Por algumas centenas de milênios após sua formação, o universo era uma confusão quente de partículas de luz (fótons), prótons e elétrons eletricamente carregados (plasma), bem como matéria escura. Os fótons ficaram presos no plasma:continuamente "espalhados" em direções aleatórias por interações quase constantes com os elétrons livres.

p Como tentar atravessar uma área lotada, sala movimentada, o comprimento médio do caminho de cada fóton era muito curto antes de sua próxima interação. Isso tornou o universo opaco - se você estivesse tentando olhar por esse meio, seria como olhar para um banco de névoa.

p Mas 380, 000 anos após o Big Bang, o universo havia se expandido e resfriado a um ponto em que os elétrons livres puderam se ligar aos prótons para formar átomos de hidrogênio. A dispersão cessou rapidamente, permitindo que os fótons fluam livremente pelo universo sem nenhum elétron livre no caminho.

p Como essa transição aconteceu em todos os lugares do universo muito rapidamente, do nosso ponto de vista, é como se todos esses fótons fossem repentinamente liberados de dentro de uma enorme concha contendo a sopa opaca de partículas e matéria escura. Efetivamente, esta "concha" é o "objeto" mais distante que podemos ver, a uma distância de 45 bilhões de anos-luz. Os cientistas chamam isso de superfície da última dispersão.

p Viajando pelo cosmos, esses fótons perdem energia à medida que o universo continua a se expandir, esticando seus comprimentos de onda. E podemos detectá-los na radiação cósmica de fundo, ou CMB, que é a radiação que sobrou do nascimento do universo.

p Uma luz de fundo cósmica

p Já estudamos o CMB há décadas:muitas informações sobre as propriedades do universo primitivo são codificadas em sua luz. Mas, recentemente, foi possível extrair ainda mais informações dele, explorando o fato de que cada fóton nesta radiação teve que viajar através de um universo que está cheio de matéria.

p A teoria da relatividade geral de Einstein descreve a gravidade como uma distorção do espaço-tempo devido à presença de um objeto com massa. Essa distorção pode desviar os caminhos dos fótons que passam pelo objeto - um fenômeno conhecido como lentes gravitacionais. Então, ao observar como a luz de alguma fonte de fundo (como uma galáxia) é desviada devido a um objeto na frente dela, podemos calcular as propriedades desse objeto em primeiro plano.

p A superfície da última dispersão atua como uma luz cósmica de fundo, brilhando através tudo a matéria no universo. Como resultado, os fótons da CMB são gravitacionalmente lentos pela matéria intermediária entre a superfície e nós. Nossa visão do CMB é como a visão de uma paisagem distante vista através de uma vidraça crivada de imperfeições sutis.

p Notavelmente, agora podemos mapear essas imperfeições no céu, fornecendo-nos um meio de "ver" a impressão gravitacional de toda a massa no universo observável. Isso está nos dando uma nova maneira de estudar galáxias. Por exemplo, podemos medir a quantidade de lentes CMB em diferentes direções e pesar estruturas cósmicas simplesmente observando o quanto elas desviaram a luz CMB. Isso é o que acabamos de fazer para os objetos mais massivos do universo:aglomerados de galáxias.

p Uma nova forma de pesar

p Aglomerados de galáxias não contêm apenas galáxias:o espaço entre as galáxias é preenchido com um plasma quente, e as galáxias e o gás estão imersos em matéria escura. Some tudo e a massa total excede cem bilhões de sóis, criando grandes vales no espaço-tempo.

p Os cientistas há muito procuram um método confiável para traduzir o número de galáxias em aglomerados na massa total de matéria escura, gás e estrelas. Podemos usar novos mapas de lentes do CMB apenas para esse propósito. Os mapas de lente são construídos examinando mapas das flutuações de temperatura do CMB. Em regiões onde os fótons CMB foram fortemente defletidos, uma assinatura sutil é impressa na distribuição de temperatura. Filtrar cuidadosamente o mapa de temperatura revela o padrão de lentes no céu.

p Ao medir a deflexão média dos fótons CMB em torno dos aglomerados, mostramos como a quantidade de deflexão - e, portanto, a massa total presente, incluindo matéria escura - depende do número de galáxias no aglomerado. Com efeito, estamos vendo a impressão no espaço-tempo dos halos massivos de matéria escura.

p Usando lentes gravitacionais para revelar as distorções no espaço-tempo em torno de galáxias e aglomerados, e, portanto, aprenda algo sobre sua distribuição em massa, não é novo. Mas a maioria dos estudos anteriores envolve a lente da luz proveniente de de outros galáxias de fundo, em vez do CMB.

p Usar o CMB como fonte de luz oferece enormes vantagens. À medida que a superfície da última dispersão ilumina tudo objetos na frente dele, podemos examinar a relação entre galáxias luminosas e as estruturas de matéria escura que elas habitam no passado distante da história cósmica do que foi possível até agora.

p Não só as estruturas de matéria escura têm evoluído constantemente por meio da gravidade, sabemos que as propriedades das galáxias - como sua massa e taxas de formação de estrelas - dependem fortemente de seu ambiente em grande escala. Ainda não entendemos totalmente esse link, mas as lentes CMB podem nos ajudar a decifrar como isso acontece. p Este artigo foi publicado originalmente em The Conversation. Leia o artigo original.