p Os cientistas decodificaram distorções tênues nos padrões da luz mais antiga do universo para mapear enormes estruturas semelhantes a tubos invisíveis aos nossos olhos - conhecidas como filamentos - que servem como superestradas para levar matéria a centros densos, como aglomerados de galáxias. p A equipe científica internacional, que incluiu pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab) e da UC Berkeley, analisou dados de levantamentos celestes anteriores usando tecnologia sofisticada de reconhecimento de imagem para identificar os efeitos baseados na gravidade que identificam as formas desses filamentos. Eles também usaram modelos e teorias sobre os filamentos para ajudar a guiar e interpretar suas análises.

p Publicado em 9 de abril no jornal Astronomia da Natureza , a exploração detalhada dos filamentos ajudará os pesquisadores a entender melhor a formação e evolução da teia cósmica - a estrutura em grande escala da matéria no universo - incluindo o misterioso, material invisível conhecido como matéria escura, que constitui cerca de 85% da massa total do universo.

p A matéria escura constitui os filamentos - que os pesquisadores aprenderam normalmente se esticam e dobram por centenas de milhões de anos-luz - e os chamados halos que hospedam aglomerados de galáxias são alimentados pela rede universal de filamentos. Mais estudos desses filamentos podem fornecer novos insights sobre a energia escura, outro mistério do universo que impulsiona sua expansão acelerada.

p As propriedades do filamento também podem colocar as teorias da gravidade em teste, incluindo a teoria da relatividade geral de Einstein, e fornecer pistas importantes para ajudar a resolver uma incompatibilidade aparente na quantidade de matéria visível prevista para existir no universo - o "problema do bárion ausente".

p "Normalmente, os pesquisadores não estudam esses filamentos diretamente - eles olham para as galáxias em observações, "disse Shirley Ho, um cientista sênior do Berkeley Lab e um professor associado de física da Cooper-Siegel na Carnegie Mellon University que liderou o estudo. "Usamos os mesmos métodos para encontrar os filamentos que o Yahoo e o Google usam para reconhecimento de imagem, como reconhecer os nomes de placas de rua ou encontrar gatos em fotos. "

p O estudo usou dados do Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, ou BOSS, um levantamento do céu baseado na Terra que capturou luz de cerca de 1,5 milhão de galáxias para estudar a expansão do universo e a distribuição padronizada da matéria no universo posta em movimento pela propagação de ondas sonoras, ou "oscilações acústicas bariônicas, "ondulação no início do universo.

p A equipe de pesquisa BOSS, que contou com cientistas do Berkeley Lab em funções importantes, produziu um catálogo de estruturas de filamentos prováveis ​​que conectaram aglomerados de matéria que os pesquisadores utilizaram no estudo mais recente.

p Os pesquisadores também confiaram em medições baseadas no espaço da radiação cósmica de fundo, ou CMB, que é o sinal remanescente quase uniforme da primeira luz do universo. Embora esta assinatura de luz seja muito semelhante em todo o universo, existem flutuações regulares que foram mapeadas em pesquisas anteriores.

p No último estudo, os pesquisadores se concentraram nas flutuações padronizadas no CMB. Eles usaram algoritmos de computador sofisticados para buscar a impressão de filamentos de distorções baseadas na gravidade na CMB, conhecidos como efeitos de lente fraca, que são causados ​​pela luz CMB passando pela matéria.

p Uma vez que as galáxias vivem nas regiões mais densas do universo, o sinal de lente fraco da deflexão da luz CMB é mais forte nessas partes. A matéria escura reside nos halos em torno dessas galáxias, e também era conhecido por se espalhar a partir dessas áreas mais densas em filamentos.

p "Sabíamos que esses filamentos também deveriam causar uma deflexão de CMB e também produziriam um sinal de lente gravitacional fraco mensurável, "disse Siyu He, o principal autor do estudo, que é Ph.D. pesquisadora da Carnegie Mellon University - ela está agora no Berkeley Lab e também é afiliada da UC Berkeley. A equipe de pesquisa usou técnicas estatísticas para identificar e comparar as "cristas, "ou pontos de maior densidade que as teorias os informavam apontariam para a presença de filamentos.

p "Não estávamos apenas tentando 'conectar os pontos' - estávamos tentando encontrar essas cristas na densidade, os pontos máximos locais de densidade, "disse ela. Eles verificaram suas descobertas com outros dados de filamentos e aglomerados de galáxias, e com "simulações, "ou filamentos simulados com base em observações e teorias. A equipe usou grandes simulações cosmológicas geradas no Centro Nacional de Pesquisa de Energia e Computação Científica (NERSC) do Berkeley Lab, por exemplo, para verificar se há erros em suas medições.

p Os filamentos e suas conexões podem mudar de forma e conexões em escalas de tempo de centenas de milhões de anos. As forças concorrentes da atração da gravidade e da expansão do universo podem encurtar ou alongar os filamentos.

p "Os filamentos são parte integrante da teia cósmica, embora não esteja claro qual é a relação entre a matéria escura subjacente e os filamentos, "e essa foi a principal motivação para o estudo, disse Simone Ferraro, um dos autores do estudo, que é pós-doutorado de Miller no Centro de Física Cosmológica da UC Berkeley.

p Novos dados de experimentos existentes, e os levantamentos do céu da próxima geração, como o Instrumento Espectroscópico de Energia Escura (DESI) conduzido pelo Laboratório de Berkeley, agora em construção no Observatório Nacional de Kitt Peak, no Arizona, devem fornecer dados ainda mais detalhados sobre esses filamentos. ele adicionou.

p Os pesquisadores observaram que esta etapa importante na investigação das formas e localizações dos filamentos também deve ser útil para estudos focados que buscam identificar quais tipos de gases habitam os filamentos, as temperaturas desses gases, e os mecanismos de como as partículas entram e se movem nos filamentos. O estudo também permitiu determinar o comprimento dos filamentos.

p Siyu He disse que resolver a estrutura do filamento também pode fornecer pistas sobre as propriedades e conteúdos dos vazios no espaço ao redor dos filamentos, e "ajudar com outras teorias que são modificações da relatividade geral, " ela disse.

p Ho acrescentou, "Também podemos usar esses filamentos para restringir a energia escura - seu comprimento e largura podem nos dizer algo sobre os parâmetros da energia escura."