O primeiro surto de novas medições de precisão ICL apareceu em um artigo publicado no The Astrophysical Journal em abril de 2019. Outro apareceu mais recentemente no Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Em uma descoberta surpreendente deste último, os físicos do DES descobriram novas evidências de que o ICL pode fornecer uma nova maneira de medir uma substância misteriosa chamada matéria escura .
A fonte de ICL parece ser estrelas errantes, aquelas que não estão gravitacionalmente ligadas a nenhuma galáxia. Há muito se suspeita que o ICL seja um componente significativo de aglomerados de galáxias, mas sua fraqueza torna difícil medi-lo. Ninguém sabe o quanto existe ou em que medida se espalhou pelos aglomerados de galáxias.
"Observacionalmente, descobrimos que a luz intracluster é um marcador radial muito bom da matéria escura. Isso significa que onde a luz intracluster é relativamente brilhante, a matéria escura é relativamente densa", disse o cientista do Fermilab Yuanyuan Zhang, que liderou os dois estudos. "Apenas medir o ICL em si é muito excitante. A parte da matéria escura é uma descoberta fortuita. Não é o que esperávamos".
Embora invisível, a matéria escura é responsável pela maior parte da matéria no universo. O que a matéria escura consiste é um dos maiores mistérios da cosmologia moderna. Os cientistas sabem apenas que ele difere muito da matéria normal que consiste em prótons, nêutrons e elétrons que dominam a vida cotidiana.
Mas a ICL, e não a matéria escura, estava inicialmente na agenda da equipe de pesquisa. A maioria dos astrofísicos mede a luz intracluster no centro de um aglomerado de galáxias, onde é mais brilhante e abundante.
"Nós fomos muito longe dos centros dos aglomerados de galáxias, onde a luz é muito fraca", disse Zhang. "E quanto mais nos afastávamos do centro, mais difícil se tornava a medição."
No entanto, os colaboradores do DES conseguiram sair com a medição mais radialmente estendida de ICL de todos os tempos.
A equipe usou lentes gravitacionais fracas para comparar a distribuição radial do ICL - como ele muda com a distância do centro de um aglomerado - com a distribuição radial da massa de um aglomerado de galáxias. A lente fraca é um método sensível à matéria escura para medir a massa de uma galáxia ou aglomerado. Ocorre quando a gravidade de uma estrela ou aglomerado em primeiro plano desvia a luz de uma galáxia mais distante, distorcendo sua forma aparente.
Descobriu-se observacionalmente que o ICL reflete a distribuição tanto da massa visível total de um aglomerado de galáxias quanto, possivelmente, a distribuição da matéria escura invisível.
"Não esperávamos encontrar uma conexão tão estreita entre essas distribuições radiais, mas encontramos", disse o cientista Hillysson Sampaio-Santos, principal autor do novo artigo.
Comparando observações com simulações
Para obter mais informações, a equipe usou uma simulação de computador sofisticada para estudar a relação entre ICL e matéria escura. Eles descobriram que os perfis radiais entre os dois fenômenos na simulação não estavam de acordo com os dados observacionais. Na simulação, "o perfil radial da ICL não foi o melhor componente para rastrear a matéria escura", disse Sampaio-Santos, que está no Observatório Nacional do Rio de Janeiro, Brasil.
Zhang observou que é muito cedo para dizer exatamente o que causou o conflito entre observação e simulação.
"Se a simulação não deu certo, pode significar que a luz intracluster simulada é produzida em um momento ligeiramente diferente do que nas observações. As estrelas simuladas não tiveram tempo suficiente para vagar e começar a rastrear a matéria escura," ela disse.
Sampaio-Santos observou que mais estudos de ICL podem fornecer insights sobre a dinâmica que ocorre dentro dos aglomerados de galáxias, incluindo interações que liberam gravitacionalmente algumas de suas estrelas, permitindo-lhes vagar.
"Estou planejando estudar a luz intracluster e os efeitos do relaxamento", disse ele. Por exemplo, alguns clusters foram mesclados. Esses clusters mesclados devem ter propriedades diferentes de ICL em comparação com clusters que são relaxados.
Melhorar os sinais em conjuntos de dados ruidosos
O ICL que a equipe mediu é cerca de cem a mil vezes mais fraco do que o que os cientistas do DES normalmente tentam. Isso significa que a equipe teve que lidar com muito ruído e contaminação no sinal.
O aspecto técnico da façanha foi desafiador, disse Zhang, "mas como tínhamos muitos dados da Pesquisa de Energia Escura, fomos capazes de cancelar muito ruído para fazer esse tipo de medição. É uma média estatística".
Os astrofísicos normalmente fazem medições ICL usando um punhado de aglomerados de galáxias de cada vez.
"Essa é uma ótima maneira de obter informações sobre os sistemas individuais", disse Zhang.
Para obter uma imagem maior e eliminar o ruído, a equipe do DES calculou estatisticamente uma média de cerca de 300 aglomerados de galáxias no primeiro estudo e mais de 500 aglomerados no segundo. Todos eles estão a alguns bilhões de anos-luz da Terra.
Provocar o sinal do ruído de cada cluster consome muitos dados, que é exatamente o que o DES gerou. No início de 2019, o DES completou sua missão de seis anos de observação de centenas de milhões de galáxias distantes nos céus do sul e publicou seu segundo lançamento de dados em meados de janeiro.
O ICL mede grupos de sondas que estão a até 3,3 bilhões de anos-luz da Terra. Em estudos futuros, Zhang gostaria de estudar a evolução do desvio para o vermelho da ICL - como ela muda com o tempo cósmico.
"Meu sonho é chegar ao redshift um - 10 bilhões de anos-luz", disse Zhang. "Estudos dizem que é quando o ICL apenas começou a evoluir".
Indo tão longe permitiria aos cientistas ver a construção da ICL ao longo do tempo.
"Mas isso é realmente difícil porque é três vezes maior que a distância de nossas medições mais recentes, então tudo vai estar extremamente fraco lá", disse ela.
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