Astrónomos, usando o Telescópio Espacial Hubble, estudaram, pela primeira vez, em 3D, um filamento gigante de matéria escura. Estendendo-se por 60 milhões de anos-luz a partir de um dos enxames de galáxias de maior massa conhecidos, o filamento é parte da rede cósmica que constitui a estrutura em larga escala do Universo, e um remanescente dos primeiros momentos após o Big Bang. Se a massa elevada medida para o filamento for representativa do que se passa no resto do Universo, então, estas estruturas poderão conter mais de metade de toda a massa do Universo. Os cientistas apresentam o seu trabalho num artigo na Monthly Notices da Royal Astronomical Society .

A teoria do Big Bang prevê que a as variações na densidade de matéria ocorridas nos primeiros momentos do Universo levaram o volume de matéria no cosmos a condensar-se numa rede de filamentos emaranhados. Esta teoria é apoiada por simulações da evolução cósmica realizadas em computador, que sugerem que a estrutura do Universo é semelhante à de uma rede, com longos filamentos que se ligam uns aos outros nos locais onde existem enxames de galáxias de grande massa. No entanto, estes filamentos, embora vastos, são constituídos principalmente por matéria escura, incrivelmente difícil de observar.

A primeira identificação credível de uma secção de um destes filamentos foi obtida no início deste ano. Agora, uma equipa de astrónomos conseguiu ir mais longe, analisando a estrutura de um filamento em três dimensões. A observação de um filamento em 3D elimina muitos dos erros que resultam do estudo no plano de uma imagem de tal estrutura.

"Os filamentos da rede cósmica são extremamente vastos e muito difusos, o que os torna extremamente difíceis de detectar e de estudar em 3D", diz Mathilde Jauzac (LAM, França e Universidade de KwaZulu-Natal, África do Sul), principal autora do estudo.

A equipa combinou imagens de alta resolução da região ao redor do enxame de galáxias de grande massa MACS J0717.5+3745 (ou MAC J0717), tomadas usando o Hubble, o Telescópio Subaru e o Telescópio do Canadá-França-Havai, com dados espectroscópicos das galáxias do enxame obtidos a partir do Observatório WM Keck e do Observatório Gemini. Analisando em conjunto estas observações obtiveram o modelo completo da forma do filamento, que se estende a partir do enxame de galáxias quase ao longo da nossa linha de visão.

A receita que a equipa seguiu para estudar o vasto mas difuso filamento combina vários ingredientes cruciais:

Primeiro ingrediente: um alvo promissor. As teorias da evolução cósmica sugerem que os enxames de galáxias se formam onde os filamentos da rede cósmica se encontram, com os filamentos a canalizarem lentamente a matéria para os enxames. "Do nosso trabalho anterior no MAC J0717, sabíamos que este enxame está a crescer activamente, e que, por isso, seria um alvo primordial para um estudo detalhado da rede cósmica", explica o co-autor Harald Ebeling (Universidade do Havai em Manoa, EUA), que liderou a equipa que descobriu o MAC J0717 há quase uma década.

Segundo ingrediente: técnicas avançadas de lente gravitacional. A famosa teoria da relatividade geral de Albert Einstein diz que o percurso da luz é deflectido quando passa através ou perto de objectos com grande massa. Os filamentos da rede cósmica são em grande parte compostos por matéria escura, que não pode ser observada directamente, mas que possui massa suficiente para desviar a luz e distorcer as imagens de galáxias existentes no plano de fundo, num processo ao qual se dá o nome de lente gravitacional. A equipa desenvolveu novas ferramentas para converter as distorções de imagem num mapa da massa.

Terceiro ingrediente: imagens de alta resolução. A lente gravitacional é um fenómeno subtil que para ser estudado precisa de imagens detalhadas. As observações do Hubble permitiram à equipa estudar a deformação precisa nas formas de inúmeras galáxias com lentes, o que, por sua vez, permitiu revelar a localização do filamento escondido de matéria escura. "O desafio", explica o co-autor Jean-Paul Kneib (LAM, França), "era encontrar um modelo da forma do enxame que encaixasse em todas as características de lente que observámos."

Finalmente: medições de distâncias e movimentos. As observações do enxame realizadas pelo Hubble fornecem o melhor mapa bidimensional conseguido de um filamento, mas, para se obter a sua forma em 3D, foram necessárias observações adicionais. Imagens a cores, bem como velocidades de galáxias medidas com espectrómetros, dados do Subaru, CFHT, WM Keck e dos telescópios Gemini Norte (todos em Mauna Kea, Havai) permitiram à equipa localizar milhares de galáxias dentro do filamento e detectar os movimentos de muitas delas.

Foi construído um modelo que combinou informação posicionai e de velocidade de todas estas galáxias e que depois revelou a forma em 3D e a orientação da estrutura filamentar. Como resultado, a equipa foi capaz de medir as propriedades reais desta estrutura filamentosa virtual sem as incertezas que resultariam de projectar a estrutura em duas dimensões, como é comum fazer-se em análises deste tipo.

Os resultados obtidos vão além dos limites de previsões feitas através do trabalho teórico e de simulações numéricas da rede cósmica. Com um comprimento de pelo menos 60 milhões de anos-luz, o filamento MAC J0717 é algo extremo, mesmo em escalas astronómicas. E se o conteúdo de massa que foi medido pela equipa puder ser tomado como representativo da massa de filamentos próximos a enxames gigantes, então, estas ligações difusas entre os nós da rede cósmica devem conter ainda mais massa (sob a forma de matéria escura) do que aquela que os teóricos previram. Tamanha quantidade indica que mais de metade de toda a massa do Universo poderá estar escondida nestas estruturas.

O Telescópio Espacial James Webb (NASA / ESA / CSA), com lançamento previsto para 2018, será, graças à sua muito maior sensibilidade, uma ferramenta poderosa para a detecção de filamentos na rede cósmica.

Fonte da notícia: http://www.ras.org.uk/news-and-press/219-news-2012/2179-dark-matter-filament-studied-in-3d-for-the-first-time