Metodologia Inovadora Estruturas Cósmicas
Pesquisadores do Observatório Nacional (ON), em colaboração com astrônomos do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) e da Universidade do Estado do Amazonas (UEA), publicaram um artigo em que propõem uma abordagem inovadora para obtenção da taxa de crescimento de estruturas cósmicas. A medição dessa função auxilia no estudo da expansão acelerada do universo.
O artigo intitulado “The homogeneity scale and the growth rate of cosmic structures” (“A escala de homogeneidade e a taxa de crescimento de estruturas cósmicas”, em português) foi aceito para publicação na Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, em outubro de 2021.
Neste estudo, os astrônomos relacionaram duas grandezas físicas observáveis: a taxa de crescimento de estruturas cósmicas e a escala de homogeneidade do universo. Para o desenvolvimento da metodologia, os pesquisadores coletaram da literatura um conjunto de medidas da escala de homogeneidade do universo adequadas ao estudo.
A partir desses dados, e usando métodos estatísticos, eles conseguiram obter uma curva contínua (tracejada azul, gráfico à esquerda) para a escala de homogeneidade. Logo, foi possível obter pela metodologia proposta no artigo a taxa de crescimento de estruturas cósmicas (tracejada azul, gráfico à direita). Por fim, para verificar se o resultado foi satisfatório, eles comparam a curva resultante (incluído o erro estatístico, representado pela região sombreada em torno da curva) com o taxa de crescimento de estruturas cósmicas esperada no modelo cosmológico padrão (linha preta) e constataram que, estatisticamente, o resultado está de acordo.
De acordo com o líder da pesquisa, o M.Sc. Felipe Avila, que atualmente desenvolve sua pesquisa de doutorado no ON, a metodologia apresentada se mostrou bastante promissora:
“De forma pioneira, mostramos que a escala de homogeneidade do universo está relacionada linearmente com a taxa de crescimento de estruturas cósmicas”, destacou Felipe. “Nossos resultados mostram que a taxa de crescimento das estruturas obtida a partir da reconstrução da escala de homogeneidade está de acordo com o modelo cosmológico padrão, o ΛCDM.”
Com a metodologia desenvolvida, será possível, por exemplo, estudar mais profundamente um dos principais desafios da Cosmologia, a energia escura, uma forma hipotética de energia que estaria distribuída por todo espaço, acelerando a expansão do Universo. “Essa nossa metodologia pode vir a ser uma boa alternativa para medir a taxa de crescimento de estruturas a qual pode discriminar modelos concorrentes ao cenário atual da energia escura, ou seja, discriminar modelos baseados em teorias alternativas à gravidade do Einstein.”
Contudo, de acordo com os autores do artigo, para que a metodologia seja bem aplicada no futuro, alguns obstáculos devem ser superados. Isso inclui, por exemplo, a obtenção de mais --e mais precisas-- medidas da escala de homogeneidade para tornar as análises estatisticamente melhores.
O artigo foi assinado por: Felipe Avila e Armando Bernui, do Observatório Nacional; Rafael C. Nunes e Camila P. Novaes, do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) e Edilson de Carvalho do Centro de Estudos Superiores de Tabatinga da Universidade do Estado do Amazonas (UEA).
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Resumo do artigo publicado
Função de crescimento de estruturas a partir da escala de homogeneidade
Resumo: No estudo das estruturas em grandes escalas do universo, destaca se a função de crescimento, f(z), que mede a taxa temporal com que as estruturas se aglomeram. A obtenção de f(z) ao longo da hist´oria recente do universo possibilita, por exemplo, distinguir entre modelos alternativos a relatividade geral de Einstein para descrever a gravidade. Tal estudo possibilita determinar a natureza da expansão acelerada do universo. De forma pioneira, mostramos que, a escala de homogeneidade do universo, RH(z), e sua variação temporal, estão relacionados linearmente com a função f(z). Nosso estudo consiste em obter a curva para RH(z) a partir do conhecido Gaussian Process com os dados coletados da literatura. Nossos resultados mostram que a função f(z) obtida a partir da curva de RH(z) concorda com o modelo cosmológico vigente, ΛCDM. De modo a tal metodologia ser aplicada para futuros catálogos, alguns obstáculos devem ser superados, por exemplo: dados de RH(z) que sejam considerados independentes de modelo e verificar se a rela¸c˜ao entre f(z) e RH(z) ´e universal, ou seja, n˜ao depende da teoria utilizada para obter a escala de homogeneidade.
Abstract
Growth Rate of Cosmic Structures and the Homogeneity Scale
Resumo: In the study of the large-scale structures of the universe, the cosmic growth rate, f(z), which measures the temporal rate at which structures cluster, stands out. Obtaining f(z) over the recent history of the universe makes it possible, for example, to distinguish between alternative models to Einstein’s general relativity to describe gravity. Such a study makes it possible to determine the nature of the accelerating expansion of the universe. In a pioneering way, we show that, the homogeneity scale of the universe, RH(z), and its time variation, are linearly related to the function f(z). Our study consists of obtaining the curve for RH(z) from the well-known Gaussian Process with data collected from the literature. Our results show that the function f(z) obtained from the curve for RH(z) agrees with the current
cosmological model, ΛCDM. In order for such methodology to be applied for future catalogs, some obstacles must be overcome, for example: data of RH(z) that are considered model independent and to verify if the relation between f(z) and RH(z) is universal, i.e., does not depend on the theory used to obtain the homogeneity scale.
Acesse aqui a apresentação complementar do projeto.
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Responsável pelo estudo:
Felipe Ávila (lattes)
Doutorando em Astronomia no Observatório Nacional
Contato: fsavila2@gmail.com