Pesquisadores do ON mapeiam escala de homogeneidade do Universo em novo estudo com quasares

O telescópio SDSS à noite l Patrick Gaulme

Pesquisadores do Observatório Nacional publicaram um novo artigo que investiga a escala de homogeneidade do Universo a partir do estudo de objetos astronômicos conhecidos como quasares (abreviação de “fonte de rádio quase estelar”). Para isso, eles utilizaram a amostra de quasares do 16º lançamento de dados do projeto Sloan Digital Sky Survey (SDSS-IV DR16) , o mais ambicioso levantamento astronômico da atualidade.

Os resultados do estudo confirmam a presença de uma escala a partir da qual a distribuição espacial dos quasares se torna homogênea, tal como previsto pelo Modelo Cosmológico Padrão. Este modelo, que fornece atualmente a melhor descrição do universo, baseia-se no Princípio Cosmológico, segundo o qual o Universo é isotrópico e homogêneo em grandes escalas. Ou seja, a matéria é distribuída de forma uniforme no cosmo e, em todas as direções, as propriedades físicas do Universo não variam.

O artigo em questão - o terceiro de uma série que investiga o tema - concentrou-se em verificar se houve, de fato, uma transição de um Universo irregular (tal como observamos localmente) para um homogêneo, bem como a escala em que isso ocorreu. A medição foi feita a partir da distribuição espacial de cerca de 40 mil quasares divididos em dois intervalos diferentes de redshift . Com isso, os pesquisadores não somente determinaram mas também compararam as escalas de homogeneidade em cada intervalo  e, assim, verificaram a variação dessa escala ao longo do tempo.

Para a primeira amostra de quasars com cerca de 20 mil objetos - cujo redshift médio era 2,3 -  a análise determinou uma escala de homogeneidade da matéria de aproximadamente 42,5 Mpc . Para a segunda amostra, com redshift médio de 2,85, eles calcularam a escala em 34,5 Mpc . Assim, como puderam observar, a escala de homogeneidade variou ao longo do tempo.

“A gente mediu escalas de homogeneidade que variam ao longo do tempo, o que faz muito sentido porque como o Universo está expandindo, então, ele foi ‘menor’ no passado. Portanto, essa escala de homogeneidade deve realmente variar ao longo do tempo,  ou seja, com o redshift”, explicou o líder do estudo e pesquisador do Observatório Nacional, Rodrigo Gonçalves.

Os resultados obtidos também confirmaram a tendência decrescente da escala de homogeneidade com o tempo, conforme obtido na análise anterior de 2018 que utilizou dados do DR14 do SDSS-IV para varrer uma época relativamente mais recente da história do universo. Gonçalves explicou que os dois estudos mais recentes, ambos realizados com quasares, são testes de consistência para a análise da escala de homogeneidade cósmica, pois foram realizados a partir do Modelo Cosmológico Padrão. Já o primeiro estudo da série, realizado em 2017 com galáxias, estabeleceu um teste direto da escala de homogeneidade, independentemente do modelo.

De acordo com Gonçalves, o estudo implica em benesses em diversos níveis, desde a própria produção intelectual da sociedade até o desenvolvimento científico e tecnológico subjacente. Para o líder do grupo de Cosmologia do Observatório Nacional, Jailson Alcaniz, “esse tipo de estudo é de fundamental importância uma vez que o Princípio Cosmológico é uma das hipóteses fundamentais da cosmologia moderna e somente recentemente, com o advento dos grandes levantamentos astronômicos, passou a ser possível testar a sua veracidade a partir da distribuição de matéria no universo.”

Além de Gonçalves e Alcaniz, participaram do estudo a professora da Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ), Gabriela C. Carvalho, os pesquisadores do ON Carlos Bengaly Jr. e Joel Carvalho e o doutorando do ON Uendert Andrade.

O artigo “ Measuring the cosmic homogeneity scale with SDSS-IV DR16 Quasars ” foi publicado no Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP) em janeiro de 2021. Acesse aqui .

Redshift é o parâmetro que mede o fator de expansão do universo, ou seja, quanto maior o redshift, mais distante de nós e, consequentemente, mais “no passado” um dado objeto está.

Mpc é abreviatura de megaparsecs que é 1 milhão de parsecs. Parsec é uma unidade de medida usada pelos astrônomos para grandes distâncias. 1 parsec equivale a 3,26 anos luz e,  portanto, 1 Mpc equivale aproximadamente a 3 260 000 anos-luz e 3 x 10 ¹⁹ km.