Português David Sobral ajuda a desvendar papel da rede cósmica

Uma grande simulação cósmica onde se salienta a rede cósmica, e todos os fenómenos complexos a acontecerem nos seus nodos. Com os novos resultados, passa a ser possível estudar a rede cósmica do Universo real e comparar os resultados com simulações.(Crédito: Vogelsberger et al., MIT/Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)

Uma equipa internacional de astrónomos, da qual faz parte David Sobral, do Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA), estudou pela primeira vez o papel da estrutura em larga escala do Universo distante, identificando a rede cósmica e os seus filamentos como tendo um papel fundamental na evolução de galáxias como a nossa.

O Universo, à sua maior escala, é composto por uma enorme rede cósmica. Ligados por enormes filamentos encontramos enxames, constituídos por centenas a milhares de galáxias, verdadeiras “cidades”.

Por outro lado, longe de enxames e filamentos encontram-se zonas de muita baixa densidade, quase vazias. Como se formam e evoluem galáxias como a nossa Via Láctea? De uma forma simples, pensa-se que a estrutura a larga escala, dominada por matéria escura, se tenha começado a formar muito cedo, a partir de pequenas flutuações iniciais no Universo primordial.

Este "esqueleto" do Universo deverá ter tido um papel importante na formação e evolução de galáxias, algo que era até agora muito difícil de estudar e observar.

A grande maioria da matéria do nosso Universo parece não interagir de forma alguma para além da atracção gravítica. Não a conseguimos ver directamente, mas sabemos que está lá pela forte atracção gravítica da mesma.

Designada por matéria escura, é de grande importância no estabelecimento da estrutura do Universo a larga escala. Sem ela, estrelas e galáxias nunca se teriam formado, e não estaríamos aqui.

David Sobral (IA e Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa) comenta: "Já se sabia que as galáxias que vivem no "campo" (em ambientes muito pouco densos) têm uma maior probabilidade de estarem a formar estrelas, enquanto as que vivem na “cidade” (enxames de galáxias) estão sobretudo "mortas".

No entanto, o papel da rede cósmica, e em particular dos filamentos gigantes que se pensa poderem ligar grandes enxames de galáxias, estava, até há pouco tempo, por compreender. Os nossos resultados mostram que os filamentos têm um papel fundamental na formação e evolução de galáxias.”

Estes resultados só foram possíveis fazendo uso de dados provenientes dos melhores telescópios do mundo (Os dados usados neste estudo são provenientes do Very Large Telescope, United Kingdom Infrared Telescope, Subaru Telescope e Hubble Space Telescope), em conjunto com um novo método de identificar e quantificar estruturas desenvolvido pela equipa.

Esta combinação única permitiu estudar uma mega-estrutura, identificada por David Sobral, e finalmente quantificar o papel da misteriosa rede cósmica. Descobriu-se que as galáxias que habitam os grandes filamentos da rede cósmica têm uma maior probabilidade de formar estrelas, evoluindo mais rapidamente.

Este facto poderá ser a explicação para as galáxias nos enxames serem tão pouco activas: se a maioria das galáxias for pré-processada em filamentos, poderão acabar como galáxias “mortas” quando chegarem até ao centro dos enxames.

"O grande objectivo agora é estender os nossos resultados a várias etapas da evolução do Universo, para sabermos como é que a rede cósmica influenciou a formação e evolução de galáxias ao longo dos vários milhares de milhões de anos desde o Big Bang. Será mais uma importantíssima peça do puzzle na nossa busca pela compreensão de como é que galáxias se formam e evoluem", conclui David Sobral.

A equipa responsável por este estudo, publicado recentemente no conceituado Astrophysical Journal (ApJ), é formada por Behnam Darvish (Universidade da Califórnia), David Sobral (IA, Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa e Observatório de Leiden), e outros investigadores do Caltech e das Universidades de Califórnia, Edimburgo e Durham.

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VLT revela alinhamento entre eixos de buraco negros supermassivos (quasares) e estrutura a grande escala

Novas observações obtidas com o Very Large Telescope do ESO (VLT), no Chile, revelaram alinhamentos nas maiores estruturas descobertas no Universo até à data. Uma equipa de investigação europeia descobriu que os eixos de rotação dos buracos negros centrais supermassivos numa amostra de quasares encontram-se paralelos entre si ao longo de distâncias de milhares de milhões de anos-luz.

A equipa descobriu também que os eixos de rotação destes quasares tendem a alinhar-se com as enormes estruturas da rede cósmica onde residem. Os quasares são núcleos de galáxias onde existem buracos negros supermassivos muito ativos.

Estes buracos negros encontram-se rodeados de discos de matéria em rotação extremamente quente, que é muitas vezes ejetada na direção dos seus eixos de rotação. Os quasares podem brilhar mais intensamente que todas as estrelas da galáxia onde se encontram. Uma equipa liderada por Damien Hutsemékers da Universidade de Liège, na Bélgica, utilizou o instrumento FORS, montado no VLT, para estudar 93 quasares que se sabia formarem enormes grupos espalhados ao longo de milhares de milhões de anos-luz, e que são observados quando o Universo tinha cerca de um terço da sua idade atual.

“A primeira coisa estranha em que reparámos foi que alguns dos eixos de rotação dos quasares estavam alinhados uns com os outros - apesar destes quasares se encontrarem separados de milhares de milhões de anos-luz,” disse Hutsemékers.

A equipa foi mais longe e investigou se estes eixos de rotação estariam de algum modo ligados, não apenas entre si, mas também com a estrutura a larga escala do Universo nessa altura. Quando os astrónomos observaram a distribuição de galáxias em escalas de milhares de milhões de anos-luz, descobriram que estes objetos não se encontram uniformemente distribuídos, mas formam uma rede cósmica de filamentos e nodos em torno de enormes vazios onde as galáxias são mais escassas. Este intrigante arranjo de matéria é conhecido por estrutura a larga escala.

Os novos resultados do VLT indicam que os eixos de rotação dos quasares tendem a posicionar-se paralelamente às estruturas de larga escala, nas quais se encontram, ou seja, se os quasares se encontram num filamento comprido, os spins dos seus buracos negros centrais apontarão na direção do filamento. Os investigadores estimam que a probabilidade destes alinhamentos serem simplesmente um resultado aleatório é menor que 1%.

“A correlação entre a orientação dos quasares e a estrutura a que pertencem é uma importante previsão dos modelos numéricos de evolução do Universo. Estes dados dão-nos a primeira confirmação observacional deste efeito, em escalas muito maiores do que o que tem sido observado até à data em galáxias normais,” acrescenta Dominique Sluse do Argelander-Institut für Astronomie em Bona, Alemanha, e Universidade de Liège.

A equipa não conseguiu observar de forma direta os eixos de rotação ou os jactos dos quasares. Em vez disso, foi medida a polarização da radiação emitida por cada quasar e, para 19 deles, encontrou-se um sinal polarizado significativo. A direção desta polarização, combinada com outras informações, pôde ser utilizada para deduzir o ângulo do disco de acreção e consequentemente a direção do eixo de rotação do quasar.

“O alinhamento nos novos dados, em escalas ainda maiores do que as atuais previsões das simulações, poderá indicar que ainda falta um ingrediente nos nossos modelos do cosmos atuais,” conclui Dominique Sluse.