Os astrônomos presumiram por décadas que o Universo está se expandindo na mesma taxa em todas as direções. Um novo estudo baseado em dados do XMM-Newton da ESA, Chandra, da NASA, e os observatórios de raios-X ROSAT, liderados pela Alemanha, sugerem que essa premissa chave da cosmologia pode estar errada.

Konstantinos Migkas, um Ph.D. pesquisador em astronomia e astrofísica na Universidade de Bonn, Alemanha, e seu supervisor Thomas Reiprich originalmente decidiu verificar um novo método que permitiria aos astrônomos testar a chamada hipótese de isotropia. De acordo com esta suposição, o Universo tem, apesar de algumas diferenças locais, as mesmas propriedades em cada direção em grande escala.

Amplamente aceito como consequência de uma física fundamental bem estabelecida, a hipótese foi apoiada por observações da radiação cósmica de fundo em micro-ondas (CMB). Um remanescente direto do Big Bang, o CMB reflete o estado do Universo como era em sua infância, com apenas 380.000 anos de idade. A distribuição uniforme da CMB no céu sugere que naqueles primeiros dias o Universo deve ter se expandido rapidamente e na mesma taxa em todas as direções.

No Universo de hoje, Contudo, isso pode não ser mais verdade.

"Junto com colegas da Universidade de Bonn e da Universidade de Harvard, observamos o comportamento de mais de 800 aglomerados de galáxias no atual Universo, "diz Konstantinos." Se a hipótese da isotropia estava correta, as propriedades dos aglomerados seriam uniformes no céu. Mas, na verdade, vimos diferenças significativas. "

Os astrônomos usaram medições de temperatura de raios-X do gás extremamente quente que permeia os aglomerados e compararam os dados com o quão brilhante os aglomerados aparecem no céu. Aglomerados com a mesma temperatura e localizados a uma distância semelhante devem ter um brilho semelhante. Mas não foi isso que os astrônomos observaram.

"Vimos que os clusters com as mesmas propriedades, com temperaturas semelhantes, parecia ser menos brilhante do que esperaríamos em uma direção do céu, e mais brilhante do que o esperado em outra direção, "diz Thomas." A diferença foi bastante significativa, cerca de 30 por cento. Essas diferenças não são aleatórias, mas têm um padrão claro dependendo da direção em que observamos no céu. "

Antes de desafiar o modelo de cosmologia amplamente aceito, que fornece a base para estimar as distâncias do cluster, Konstantinos e colegas examinaram primeiro outras explicações possíveis. Possivelmente, pode haver gás não detectado ou nuvens de poeira obscurecendo a visão e fazendo os aglomerados em uma determinada área parecerem mais escuros. Os dados, Contudo, não suporta este cenário.

Em algumas regiões do espaço, a distribuição de clusters pode ser afetada por fluxos em massa, movimentos em grande escala da matéria causados ​​pela atração gravitacional de estruturas extremamente massivas, como grandes grupos de aglomerados. Esta hipótese, Contudo, também parece improvável. Konstantinos acrescenta que as descobertas pegaram a equipe de surpresa.

"Se o Universo é verdadeiramente anisotrópico, mesmo que apenas nos últimos bilhões de anos, isso significaria uma grande mudança de paradigma, porque a direção de cada objeto teria que ser levada em consideração quando analisamos suas propriedades, "diz ele." Por exemplo, hoje, estimamos a distância de objetos muito distantes no Universo aplicando um conjunto de parâmetros cosmológicos e equações. Acreditamos que esses parâmetros sejam os mesmos em todos os lugares. Mas se nossas conclusões estiverem corretas, então esse não seria o caso e teríamos que rever todas as nossas conclusões anteriores. "

"Este é um resultado extremamente fascinante, "comenta Norbert Schartel, Cientista do projeto XMM-Newton na ESA. "Estudos anteriores sugeriram que o atual Universo pode não estar se expandindo uniformemente em todas as direções, mas este resultado - a primeira vez que tal teste foi realizado com aglomerados de galáxias em raios-X - tem um significado muito maior, e também revela um grande potencial para investigações futuras. "

Os cientistas especulam que esse efeito possivelmente desigual na expansão cósmica pode ser causado pela energia escura, o misterioso componente do cosmos, responsável pela maioria - cerca de 69% - de sua energia total. Muito pouco se sabe sobre a energia escura hoje, exceto que parece ter acelerado a expansão do Universo nos últimos bilhões de anos.

O próximo telescópio da ESA, Euclides, projetado para obter imagens de bilhões de galáxias e examinar a expansão do cosmos, sua aceleração e a natureza da energia escura, pode ajudar a resolver este mistério no futuro.

"Os resultados são realmente interessantes, mas a amostra incluída no estudo ainda é relativamente pequena para tirar conclusões tão profundas, "diz René Laureijs, Cientista do projeto Euclides na ESA. "Isso é o melhor que se pode fazer com os dados disponíveis, mas se realmente repensássemos o modelo cosmológico amplamente aceito, precisaríamos de mais dados. "

E Euclides pode fazer exatamente isso. A nave espacial, a ser lançado em 2022, pode não apenas encontrar evidências de que a energia escura está realmente estendendo o Universo de forma desigual em diferentes direções, também permitirá aos cientistas coletar mais dados sobre as propriedades de uma grande quantidade de aglomerados de galáxias, o que pode apoiar ou refutar as descobertas atuais.

Outros dados também virão em breve do instrumento de raios-X eROSITA, construído pelo Instituto Max Planck de Física Extraterrestre. O instrumento, a bordo do recentemente lançado satélite alemão-russo Spektr-RG, conduzirá a primeira pesquisa de todo o céu em raios-X de média energia, com foco na descoberta de dezenas de milhares de aglomerados de galáxias anteriormente desconhecidos e centros galácticos ativos.

Os resultados são publicados na revista Astronomia e Astrofísica