Um novo mapa da matéria escura no Universo lança mais luz sobre várias estruturas filamentares anteriormente desconhecidas que ligam as galáxias.
O mapa, desenvolvido em aprendizado de máquina por uma equipe internacional que inclui um astrofísico da Penn State, poderá possibilitar estudos sobre a natureza da matéria escura, a história e o futuro do nosso universo.
O que é matéria escura
A matéria escura é uma substância indescritível que constitui 80% do universo. Também fornece o “esqueleto” daquilo que os cosmólogos chamam de rede cósmica, a estrutura em grande escala do universo que, com sua influência gravitacional, dita o movimento das galáxias e de outros materiais cósmicos.
No entanto, a distribuição da matéria escura é atualmente desconhecida. Ainda não sabemos como medi-lo diretamente.
Os pesquisadores inferem sua distribuição com base na influência gravitacional em outros objetos do universo, como as galáxias.
Tão longe, tão perto
Ironicamente, é mais fácil estudar a distribuição da matéria escura muito mais longe “porque reflecte um passado muito distante, que é muito menos complexo”, diz ele. Donghui Jung, professor associado de astronomia e astrofísica na Penn State e autor do estudo.
“Com o tempo, à medida que a estrutura em grande escala do Universo cresceu, a complexidade do Universo aumentou, por isso é inerentemente mais difícil fazer medições da matéria escura a nível local.”
As tentativas anteriores de mapear a teia cósmica começaram com um modelo do universo primitivo. A partir deste modelo foi então simulada a evolução ao longo de milhares de milhões de anos. Um método computacionalmente exigente, que até agora não produziu resultados suficientemente detalhados.
Procure a estrutura das galáxias
No novo estudo, os pesquisadores adotaram uma abordagem completamente diferente. Com o aprendizado de máquina, eles desenvolveram um modelo que explora informações sobre a distribuição e o movimento das galáxias para prever a distribuição da matéria escura.
Os pesquisadores construíram e treinaram seu modelo usando um grande conjunto de simulações de galáxias, chamadas Illustris-TNG, que inclui galáxias, gases, outra matéria visível e matéria escura. A equipe selecionou especificamente galáxias simuladas comparáveis às da Via Láctea e finalmente identificou quais propriedades das galáxias são necessárias para prever a distribuição da matéria escura.
Experiência simulada
“Quando recebe certas informações, o modelo pode essencialmente preencher as lacunas com base no que observou anteriormente”, diz Jeong.
“O mapa de nossos modelos não se encaixa perfeitamente com os dados da simulação, mas ainda podemos reconstruir estruturas muito detalhadas. Descobrimos que incluir o movimento das galáxias, bem como sua distribuição, melhorou drasticamente a qualidade do mapa e nos permitiu ver mais detalhes. '
O mapa resultante da rede cósmica local é publicado em um artigo apareceu online em 26 de maio no Astrophysical Journal.
Como o novo mapa da galáxia é feito
“Ter um mapa local da teia cósmica abre um novo capítulo no estudo cosmológico”, disse Jeong. “Podemos estudar como a distribuição da matéria escura se relaciona com outros dados de emissões, o que nos ajudará a compreender a natureza da matéria escura. E podemos estudar diretamente estas estruturas filamentares, estas pontes escondidas entre galáxias.”
Por exemplo, foi sugerido que as galáxias Via Láctea e Andrômeda poderiam se mover lentamente uma em direção à outra, mas não está claro se elas poderiam colidir ao longo de muitos bilhões de anos. Estudar os filamentos de matéria escura que ligam as duas galáxias poderá fornecer informações importantes sobre o seu futuro.
“Como a matéria escura domina a dinâmica do universo, ela essencialmente determina o nosso destino”, disse Jeong. “Portanto, podemos pedir a um computador que evolua o mapa ao longo de milhares de milhões de anos para ver o que acontecerá no universo local. E podemos evoluir o modelo no tempo para compreender a história da nossa vizinhança cósmica."
Os pesquisadores acreditam que podem melhorar a precisão de seu mapa adicionando mais galáxias.
