Galáxias. Amálgamas de estrelas, gás interestelar, pó, detritos estelares e matéria escura. Eles valsam pelo universo frio, a gravidade alimentando seu abraço. Ocasionalmente, galáxias se transformam em enormes aglomerados de galáxias com massa média de 100 trilhões de vezes a de nosso sol.

Mas nem sempre foi assim.

No universo infantil, as temperaturas eram tão altas que elétrons e prótons eram quentes demais para formar átomos. Tudo estava quente, gás ionizado, não muito diferente da superfície do sol.

Nos próximos 400, 000 anos, o universo se expandiu e resfriou para cerca de 3, 000 graus Celsius, sobre a temperatura de um forno industrial. Nessas temperaturas, elétrons e prótons combinados em átomos de hidrogênio e fótons liberados no processo. Esta luz, chamada de radiação cósmica de fundo em micro-ondas, tem viajado pelo espaço desde então, uma marca d'água de espaço e tempo.

Agora, os cientistas descobriram novas maneiras de extrair informações dessa máquina do tempo inesgotável.

Cosmologia restritiva com polarização CMB

Em um estudo publicado em Cartas de revisão física , O cientista Brad Benson e colegas do Fermilab e da Universidade de Chicago usam a polarização, ou orientação, da radiação cósmica de fundo para calcular as massas de enormes aglomerados de galáxias usando um novo estimador matemático. Esta é a primeira vez que os cientistas medem essas massas usando a polarização do CMB e o novo método de estimativa.

"Fazer essa estimativa é importante porque a maior parte da massa dos aglomerados de galáxias nem mesmo é visível - é matéria escura, que não emite luz, mas interage por meio da gravidade e constitui cerca de 85% da matéria em nosso universo, "Benson disse.

O trabalho dos cientistas pode eventualmente lançar luz sobre a matéria escura, energia escura e parâmetros cosmológicos que revelam mais sobre a formação de estruturas no universo.

Destino:Antártica

Na Estação Pólo Sul Amundsen-Scott, equipe de apoio e cientistas, apelidado de "béqueres, "trabalhar 24 horas por dia para gerenciar o Telescópio do Pólo Sul. Não é um trabalho fácil. A Estação do Pólo Sul Amundsen-Scott está localizada no ponto mais meridional da Terra, onde a temperatura média é de menos 47 graus Celsius e o sol nasce e se põe apenas uma vez por ano. Mas o Telescópio do Pólo Sul, um telescópio de 10 metros encarregado de observar a radiação cósmica de fundo, conhecido como CMB, é mais do que capaz de atingir seus objetivos científicos neste ambiente hostil.

A câmera do Telescópio do Pólo Sul mede flutuações minúsculas na polarização da luz CMB no céu do sul da ordem de 1 parte em 100 milhões em média, mais sensível do que qualquer outro experimento até o momento.

"Essas variações minúsculas podem ser afetadas por objetos grandes, como aglomerados de galáxias, que agem como lentes que criam distorções distintas em nosso sinal, "Benson disse.

O sinal que Benson e outros cientistas estavam procurando era uma ondulação em pequena escala em torno dos aglomerados de galáxias - um efeito chamado de lente gravitacional. Você pode ver um efeito semelhante olhando através da base de uma taça de vinho transparente atrás da qual uma vela é acesa.

"Se você olhar através do fundo de uma base de copo de vinho para uma chama, você pode ver um anel de luz. É como o efeito que veríamos de uma lente gravitacional forte, "Benson disse." Estamos vendo um efeito semelhante aqui, exceto que a distorção é muito mais fraca e a luz CMB se espalha por uma área muito maior no céu. "

Havia um problema, Contudo. Os cientistas estimaram que precisariam examinar cerca de 17, 000 aglomerados de galáxias para medir o efeito de lente gravitacional do CMB e estimar as massas dos aglomerados de galáxias com alguma certeza, mesmo usando seu novo estimador matemático. Enquanto o Telescópio do Pólo Sul forneceu medições mais profundas e mais sensíveis da polarização do CMB do que nunca, sua biblioteca de localizações de galáxias continha apenas cerca de 1, 000 aglomerados de galáxias.

Destino:Chile

Para identificar mais locais de aglomerados de galáxias a partir dos quais examinar as lentes gravitacionais da luz CMB em torno de aglomerados de galáxias, os cientistas precisaram viajar cerca de 6, 000 quilômetros ao norte do Pólo Sul até a região de Atacama, no Chile, sede do Observatório Interamericano Cerro Tololo.

The Dark Energy Camera, montado 2, 200 metros acima do nível do mar no telescópio Blanco de 4 metros em Cerro Tololo, é uma das maiores câmeras digitais do mundo. Seus 520 megapixels vêem a luz de objetos que se originam a bilhões de anos-luz de distância e os capturam com uma qualidade sem precedentes. Mais importante, a câmera captura a luz e as localizações dos 17, 000 cientistas de aglomerados de galáxias precisavam observar lentes gravitacionais da luz CMB por aglomerados de galáxias.

Os cientistas identificaram os locais desses aglomerados usando dados de três anos da Pesquisa de Energia Escura liderada pelo Fermilab e, em seguida, colocaram esses locais em um programa de computador que buscou evidências de lentes gravitacionais pelos aglomerados na polarização do CMB. Uma vez que as evidências foram encontradas, eles poderiam calcular as massas dos aglomerados de galáxias usando seu novo estimador matemático.

Destino:lugares intocados

No estudo atual, os cientistas descobriram que a massa média do aglomerado de galáxias é cerca de 100 trilhões de vezes a massa do nosso sol, uma estimativa que concorda com outros métodos. Uma fração substancial dessa massa está na forma de matéria escura.

Para sondar mais profundamente, os cientistas planejam realizar experimentos semelhantes usando uma câmera do Telescópio do Pólo Sul atualizada, SPT-3G, instalado em 2017, e um experimento CMB de próxima geração, CMB-S4, que oferecerá mais melhorias na sensibilidade e mais aglomerados de galáxias para examinar.

O CMB-S4 consistirá em telescópios dedicados equipados com câmeras supercondutoras de alta sensibilidade operando no Pólo Sul, o planalto chileno de Atacama e possivelmente sítios do hemisfério norte, permitindo que os pesquisadores restrinjam os parâmetros da inflação, energia escura e o número e massas de neutrinos, e até mesmo testar a relatividade geral em grandes escalas.

Anthony Bourdain, um talentoso contador de histórias e escritor de culinária, uma vez chamada de Antártica "o último lugar intocado na Terra ... onde as pessoas se reúnem para explorar a arte da ciência pura, procurando por algo chamado fatos. "

Os cientistas vão muito além da Antártica para outro lugar intocado, os confins do nosso universo, para lidar com os parâmetros cosmológicos fundamentais e o comportamento da estrutura em nosso universo.