Nosso universo é incrivelmente vasto, principalmente misterioso e geralmente confuso. Estamos cercados de perguntas desconcertantes em escalas grandes e pequenas. Temos algumas respostas, com certeza, como o Modelo Padrão da física de partículas, que nos ajudam (físicos, pelo menos) a entender interações subatômicas fundamentais e a teoria do Big Bang de como o universo começou, que tece uma história cósmica ao longo do passado 13,8 bilhões de anos.
Mas, apesar do sucesso desses modelos, ainda temos muito trabalho a fazer. Por exemplo, o que no mundo é energia escura, o nome que damos à força motriz por trás da expansão acelerada observada do universo? E no extremo oposto da escala, o que exatamente são os neutrinos, aquelas pequenas partículas fantasmagóricas que se movem e zumbem através do cosmos sem quase interagir com nada?
À primeira vista, essas duas perguntas parecem tão radicalmente diferentes em termos de escala e natureza e, bem, tudo o que podemos assumir que precisamos responder a elas.
Mas pode ser que um único experimento possa revelar respostas para ambos. Um telescópio da Agência Espacial Européia está programado para mapear o universo sombrio - remontando ao tempo, cerca de 10 bilhões de anos, quando se pensa que a energia escura estava em fúria. Vamos cavar.
Seja grande e vá para casa
Para cavar, precisamos olhar para cima. Caminho para cima. Em escalas muito, muito maiores que as galáxias (estamos falando bilhões de anos-luz aqui, pessoal), onde nosso universo se assemelha a uma vasta e brilhante teia de aranha. Exceto que essa teia de aranha não é feita de seda, mas de galáxias. Gavinhas longas e finas de galáxias ligando nós densos e irregulares. Esses nós são os aglomerados, cidades movimentadas de galáxias e gás quente e rico - enormes e amplas paredes de milhares e milhares de galáxias. E entre essas estruturas, ocupando a maior parte do volume do universo, estão os grandes vazios cósmicos, os desertos celestes cheios de quase nada.
Chama-se teia cósmica e é a maior coisa do universo.
Essa teia cósmica foi lentamente construída ao longo de bilhões de anos pela força mais fraca da natureza: a gravidade. No passado, quando o universo era a menor fração do seu tamanho atual, era quase perfeitamente uniforme. Mas o "quase" é importante aqui: houve pequenas variações na densidade de um local para outro, com alguns cantos do universo sendo um pouco mais cheios do que a média e outros um pouco menos.
Com o tempo, a gravidade pode fazer coisas incríveis. No caso de nossa teia cósmica, aquelas regiões densas um pouco acima da média tinham uma gravidade um pouco mais forte, atraindo seu ambiente para elas, o que tornava esses aglomerados ainda mais atraentes, atraindo mais vizinhos e assim por diante. em breve.
Avance esse processo um bilhão de anos e você criou sua própria teia cósmica.
Uma receita universal
Essa é a imagem geral: para criar uma teia cósmica, você precisa de algumas "coisas" e de gravidade. Mas o que realmente interessa é nos detalhes, principalmente nos detalhes.
Diferentes tipos de matéria se agrupam e formam estruturas de maneira diferente. Alguns tipos de matéria podem envolver-se, ou precisam remover o excesso de calor antes que possam congelar, enquanto outros podem se juntar prontamente à parte mais próxima. Certos tipos de matéria se movem devagar o suficiente para que a gravidade possa fazer seu trabalho com eficiência, enquanto outros são tão fracos e ágeis que a gravidade mal consegue colocar suas mãos fracas nela.
Em resumo, se você muda os ingredientes do universo, obtém redes cósmicas de aparência diferente. Em um cenário, pode haver mais clusters ricos e menos vazios em comparação com outro cenário, no qual os vazios dominam totalmente no início da história do cosmos, sem a formação de clusters.
Um ingrediente particularmente intrigante é o neutrino, a partícula fantasma mencionada acima. Como o neutrino é tão leve, ele viaja quase à velocidade da luz. Isso tem o efeito de "suavizar" as estruturas do universo: a gravidade simplesmente não pode fazer seu trabalho e puxar os neutrinos em pequenas bolas compactas. Portanto, se você adicionar muitos neutrinos ao universo, coisas como galáxias inteiras acabam não sendo capazes de se formar no universo primitivo.
Pequenos problemas, grandes soluções
Isso significa que podemos usar a própria teia cósmica como um laboratório gigante de física para estudar neutrinos. Examinando a estrutura da rede e dividindo-a em suas várias partes (aglomerados, vazios e assim por diante), podemos obter uma resposta surpreendentemente direta aos neutrinos.
Há apenas um problema: os neutrinos não são o único ingrediente no universo. Um dos principais fatores de confusão é a presença de energia escura, a força misteriosa que está destruindo nosso universo. E, como você deve ter suspeitado, isso afeta a web cósmica de uma maneira importante. Afinal, é meio difícil construir grandes estruturas em um universo em rápida expansão. E se você observar apenas uma parte da teia cósmica (por exemplo, os aglomerados de galáxias), poderá não ter informações suficientes para diferenciar os efeitos dos neutrinos e os efeitos da energia escura - os quais impedem o aglomerado de " coisa."
Em um recente artigo publicado on-line na revista pré-impressão arXiv, os astrônomos explicaram como as próximas pesquisas com galáxias, como a missão Euclid da Agência Espacial Européia, ajudarão a descobrir propriedades de neutrinos e energia escura. O satélite Euclides mapeará as localizações de milhões de galáxias, pintando um retrato muito amplo da teia cósmica. E dentro dessa estrutura há dicas para a história do nosso universo, um passado que depende de seus ingredientes, como neutrinos e energia escura.
Observando uma combinação dos lugares mais densos e movimentados do universo (os aglomerados de galáxias) e dos lugares mais solitários e vazios do cosmos (os vazios), podemos obter respostas para a natureza da energia escura (que anunciará uma era conhecimento de física novinho em folha) e a natureza dos neutrinos (que farão exatamente a mesma coisa). Podemos aprender, por exemplo, que a energia escura está piorando, ou melhorando, ou talvez até mesmo sendo a mesma. E podemos aprender como são enormes os neutrinos ou quantos estão voando pelo universo. Mas não importa o quê, é difícil dizer o que conseguiremos até que realmente pareçamos.
Paul M. Sutter é um astrofísico da Universidade Estadual de Ohioanfitrião de Pergunte a um astronauta e Rádio Espaciale autor de Seu lugar no universo.
