A análise de como os aglomerados de galáxias, os maiores objetos do universo, evoluem ao longo do tempo cósmico rendeu medições precisas do conteúdo total de matéria e de sua aglomeração, relatam cientistas do consórcio alemão eROSITA, liderado pelo Instituto Max Planck de Física Extraterrestre e com participação da Universidade de Bonn.



Os resultados confirmam o modelo cosmológico padrão e aliviam a chamada tensão S8, ao mesmo tempo que oferecem informações sobre a massa dos neutrinos indescritíveis. A análise é baseada em um dos maiores catálogos de aglomerados e superaglomerados de galáxias. Um pilar importante na análise é a “ponderação” dos aglomerados de galáxias descobertos, para os quais a Universidade de Bonn foi um dos principais contribuintes.

eROSITA é um telescópio espacial de raios X a bordo do satélite Spectrum-RG, lançado em julho de 2019. Há duas semanas, o consórcio alemão eROSITA divulgou os dados da primeira pesquisa de todo o céu. O objetivo principal da pesquisa é compreender melhor a cosmologia através da medição do crescimento ao longo do tempo cósmico de aglomerados de galáxias, algumas das maiores estruturas do universo.

Rastreando a evolução dos aglomerados por meio dos raios X emitidos pelo gás quente detectado pelo eROSITA, combinados com medições robustas de massa desses aglomerados por meio de lentes gravitacionais fracas, medições precisas e precisas da quantidade total de densidade de matéria no universo e de sua aglomeração têm foi feito. Embora as medições anteriores de aglomeração usando diferentes técnicas, especificamente a radiação cósmica de fundo em micro-ondas (CMB) e o chamado cisalhamento cósmico, parecessem inconsistentes entre si, as medições do eROSITA agora mostram consistência com o CMB.

"A eROSITA estabeleceu agora a medição da evolução de aglomerados como uma ferramenta para cosmologia de precisão", disse o Dr. Esra Bulbul (MPE), o cientista-chefe dos aglomerados e da equipe de cosmologia da eROSITA que apresentou os resultados inovadores. "Os parâmetros cosmológicos que medimos a partir de aglomerados de galáxias são consistentes com o CMB de última geração, mostrando que o mesmo modelo cosmológico se mantém desde logo após o Big Bang até hoje."

De acordo com o modelo cosmológico padrão, denominado modelo Lambda Cold Dark Matter (ΛCDM), o universo infantil era um mar extremamente quente e denso de fótons e partículas. Ao longo do tempo cósmico, pequenas variações de densidade transformaram-se nas grandes galáxias e aglomerados de galáxias que podemos ver hoje. As observações do aglomerado eROSITA mostram que matéria de todos os tipos (visível e escura) compreende 29% do orçamento total de massa/energia do universo, em excelente concordância com os valores obtidos a partir de medições do CMB, que foi emitido quando o universo se tornou pela primeira vez. transparente.

Além de medir a densidade total da matéria no universo, o eROSITA também mediu a aglomeração da distribuição da matéria, descrita através do chamado parâmetro S8. Um desenvolvimento importante na cosmologia nos últimos anos foi a chamada “tensão S8”. Esta tensão surge porque os experimentos CMB medem um valor S8 mais alto do que, por exemplo, pesquisas de cisalhamento cósmico.

Uma nova física está implícita, a menos que esta tensão possa ser resolvida, e a eROSITA fez exatamente isso. "eROSITA nos diz que o universo se comportou conforme esperado ao longo da história cósmica", diz o Dr. Vittorio Ghirardini, pesquisador de pós-doutorado no MPE que liderou o estudo de cosmologia publicado no arXiv servidor de pré-impressão. “Não há tensão com a CMB – talvez os cosmólogos possam relaxar um pouco agora.”

Os maiores objetos do universo também carregam informações sobre as menores partículas:os neutrinos. Estas partículas leves são quase impossíveis de detectar. A partir da abundância dos maiores halos de matéria escura no Universo, a equipa eROSITA obteve restrições rígidas sobre a massa das partículas mais leves conhecidas. Os resultados do cluster eROSITA produzem a medição combinada de massa de neutrinos mais rigorosa até o momento de qualquer sonda de cosmologia observacional.

Um componente importante da análise são as medições de lentes gravitacionais fracas. Este efeito descreve distorções coerentes que são impressas nas formas observadas de galáxias distantes quando os seus raios de luz passam através do campo gravitacional das estruturas em primeiro plano. Embora os estudos do Cosmic Shear investiguem o efeito ao longo de direções aleatórias, ele também pode ser medido na vizinhança de aglomerados de galáxias para estimar suas massas.

A equipe eROSITA conduziu essas medições incorporando dados de três pesquisas atuais de lentes gravitacionais fracas, a Dark Energy Survey (DES), a Hyper Suprime Cam Survey (HSC) e a Kilo-Degree Survey (KiDS). Estas medições calibram a relação entre o sinal de raios X do eROSITA e a massa do aglomerado, permitindo assim a comparação com as previsões do modelo cosmológico.

"Estou orgulhoso da equipa de lentes fracas que fez um excelente trabalho ao fornecer a análise de todos os três principais estudos de lentes fracas para a calibração de massa do cluster eROSITA, o que permitiu estas restrições cosmológicas; algo que nunca foi alcançado antes" diz o Prof. Thomas Reiprich do Instituto Argelander de Astronomia (AIfA) da Universidade de Bonn, que liderou o pacote de trabalho de calibração de massa de lentes fracas dentro do cluster eROSITA e da equipe de cosmologia de 2019 até o final de 2023.

Ele também é membro da Área de Pesquisa Transdisciplinar (TRA) "Matter" da Universidade de Bonn. A análise da pesquisa de lentes fracas "KiDS" e também a comparação detalhada entre as três pesquisas são apresentadas hoje em um artigo, também publicado como pré-impressão no arXiv e liderado por Florian Kleinebreil, Ph.D. aluno do grupo do Prof. Tim Schrabback.

A maior parte deste trabalho foi conduzida na AIfA, até que ambos se mudaram para a Universidade de Innsbruck no outono de 2022. "Descobrimos que as três pesquisas de lentes produzem restrições de massa consistentes para os clusters eROSITA, fornecendo um teste de consistência importante para o conjunto geral análise", explica Kleinebreil.

"A análise concluída demonstra o excelente poder de restrição cosmológica fornecido pelas análises combinadas de amostras de aglomerados de galáxias de última geração e pesquisas de lentes fracas. É emocionante que este campo avançará ainda mais nos próximos anos, também graças à chegada dos próximos programas de lentes fracas de uma geração, incluindo aquele conduzido pelo novo telescópio espacial Euclid da ESA", acrescenta Schrabback.

Mais informações: V. Ghirardini et al, The SRG/eROSITA All-Sky Survey:Cosmology Constraints from Cluster Abundances in the Western Galactic Hemisphere, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2402.08458
Florian Kleinebreil et al, The SRG/eROSITA All-Sky Survey:Weak-Lensing of eRASS1 Galaxy Clusters in KiDS-1000 and Consistency Checks with DES Y3 &HSC-Y3, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2402.08456

Informações do diário: arXiv

Fornecido pela Universidade de Bonn