Um time internacional de pesquisadores testou a previsão de Albert Einstein sobre o comportamento da gravidade em escala cósmica. Usando o Instrumento Espectroscópico de Energia Escura (DESI), os cientistas mapearam o agrupamento de quase seis milhões de galáxias por um período de até 11 bilhões de anos.
O estudo mostrou que a forma como as galáxias se juntam está de acordo com o modelo padrão de gravidade e com as previsões da teoria da Relatividade Geral de Einstein. A análise dos dados do primeiro ano do DESI é um dos testes mais detalhados dessa teoria em grandes escalas, oferecendo importantes informações sobre como a gravidade influencia o universo.
Analisando a estrutura em expansão do universo
Ao estudar como as galáxias se agrupam ao longo do tempo, os pesquisadores descobriram padrões que revelam como a estrutura do universo evoluiu. Isso permitiu aos cientistas do DESI testar teorias de gravidade modificada – uma explicação alternativa para a expansão acelerada do nosso universo, normalmente atribuída à energia escura.
Eles descobriram que a forma como as galáxias se agrupam é consistente com o nosso modelo padrão de gravidade e com as previsões feitas por Einstein. O resultado valida o principal modelo do universo e limita as possíveis teorias da gravidade modificada, que foram propostas como formas alternativas de explicar observações inesperadas, como a expansão do universo.
Várias universidades do Reino Unido estiveram envolvidas nas últimas descobertas de pesquisa do DESI, incluindo a Universidade de Portsmouth, a Universidade de Durham e a University College London. O Dr. Seshadri Nadathur, Professor Associado do Instituto de Cosmologia e Gravitação da Universidade de Portsmouth, liderou o grupo que produziu a nova análise.
“Os dados que coletamos com o DESI nos permitem medir os padrões sutis de como as galáxias se agrupam. O que é realmente emocionante é que podemos usar esses padrões não apenas para medir a velocidade com que o Universo está se expandindo, mas até mesmo testar nossa compreensão da própria gravidade! Até agora, a Relatividade Geral está se sustentando bem, mas vimos algumas surpresas com a energia escura”, disse o Dr. Nadathur.
Explorando questões fundamentais da física
Nathan Findlay, um estudante de doutorado na Universidade de Portsmouth, também liderou parte do trabalho de quantificação de algumas das incertezas na análise. “O fato de que podemos aprender sobre matéria escura, energia escura, a história e o destino do Universo, até mesmo a teoria correta da gravidade – todas essas questões fundamentais da física – usando esses dados do DESI é alucinante, realmente. É muito emocionante fazer parte disso”, disse Findlay.
O DESI contém 5.000 “olhos” de fibra óptica, cada um dos quais pode coletar luz de uma galáxia em apenas 20 minutos. Pesquisadores da UCL, também um membro-chave da colaboração DESI, ajudaram a projetar, montar e construir o corretor óptico do DESI – seis lentes, a maior com 1,1 m de diâmetro, que focalizam a luz nos “olhos”.
Testando a gravidade em escalas cosmológicas
A Dra. Pauline Zarrouk, cosmóloga do Centro Nacional Francês de Pesquisa Científica (CNRS) que trabalha no Laboratório de Física Nuclear e de Altas Energias (LPNHE), co-liderou a nova análise. “A relatividade geral foi muito bem testada na escala dos sistemas solares, mas também precisávamos testar se nossa suposição funciona em escalas muito maiores”, disse a Dra. Zarrouk, que foi pesquisadora de pós-doutorado no Instituto de Cosmologia Computacional da Universidade de Durham e agora é visitante acadêmica no instituto.
“Estudar a taxa na qual as galáxias se formaram nos permite testar diretamente nossas teorias e, até agora, estamos alinhados com o que a Relatividade Geral prevê em escalas cosmológicas”.
Massa do neutrino e agrupamento galáctico
Uma análise detalhada dos dados do DESI, co-liderada pelos pesquisadores da Universidade de Durham, Dr. Willem Elbers e Professor Carlos Frenk, forneceu novos limites superiores para a massa dos neutrinos, as únicas partículas fundamentais cujas massas ainda não foram medidas com precisão em laboratório.
Os neutrinos influenciam o padrão de agrupamento das galáxias, embora ligeiramente, mas isso pode ser medido com a qualidade dos dados do DESI. Experimentos de laboratório com neutrinos estabelecem um limite inferior para a massa do neutrino; notavelmente, a distribuição de galáxias no DESI estabelece um limite superior para essa massa que agora está muito próximo do limite inferior, com um valor de cerca de um décimo milionésimo da massa do elétron.
