James Webb revela mapa inédito da matéria escura no Universo
Cientistas liderados por Diana Scognamiglio apresentam, nesta segunda-feira (26), o mapa mais detalhado já feito da matéria escura no Universo, a partir de dados do telescópio James Webb. O trabalho dobra a resolução de levantamentos anteriores e alcança uma época entre 8 bilhões e 10 bilhões de anos atrás, período decisivo para o nascimento e a transformação das galáxias.
Teia cósmica ganha contornos mais nítidos
O novo mapa, produzido por uma equipe internacional coordenada a partir do Laboratório de Propulsão a Jato (JPL) da Nasa, na Califórnia, redesenha a forma como astrônomos enxergam a teia cósmica. Essa estrutura de larga escala organiza galáxias, aglomerados e superaglomerados ao longo de filamentos de matéria invisível. A pesquisa, publicada na revista Nature Astronomy, mostra com clareza sem precedentes onde essa matéria escura se concentra e como sustenta o emaranhado de galáxias que preenche o espaço.
O estudo se apoia em observações profundas do telescópio James Webb em uma região do céu na direção da constelação de Sextans, no hemisfério celestial sul. A equipe analisa a luz de cerca de 250 mil galáxias distantes e mede pequenas distorções em seus formatos provocadas pela gravidade de estruturas que ficam entre elas e a Terra. Esse efeito, conhecido como lente gravitacional fraca, funciona como uma radiografia da matéria invisível espalhada pelo Cosmos.
“Isso nos permite analisar estruturas de matéria escura mais finas, detectar concentrações de massa que antes eram invisíveis e estender o mapeamento da matéria escura para épocas mais antigas do Universo”, afirma Scognamiglio. A comparação direta é com mapas feitos com dados do telescópio Hubble, que inaugurou esse tipo de levantamento em grande escala, mas com menos profundidade e menor resolução angular.
Do Hubble ao Webb: um novo grau de detalhe
O salto vem da capacidade do James Webb de enxergar mais fundo e com mais nitidez. Lançado em 2021 e em operação desde 2022, o observatório tem cerca de seis vezes mais poder de captação de luz do que o Hubble. O espelho maior, combinado aos instrumentos que observam principalmente no infravermelho, registra galáxias muito mais fracas e distantes, que se formam quando o Universo tem metade da idade atual ou menos.
“Usar o James Webb é como colocar um novo par de óculos para ver o Universo”, compara Scognamiglio. “Ele vê galáxias mais fracas e distantes com muito mais detalhes do que nunca. Isso nos dá uma grade muito mais densa de galáxias de fundo para trabalhar, que é exatamente o que se quer para esse tipo de estudo. Mais galáxias e imagens mais nítidas se traduzem diretamente em um mapa mais preciso da matéria escura.”
O resultado é um retrato mais fino da teia cósmica em um intervalo de tempo considerado crítico pelos cosmólogos, entre 8 bilhões e 10 bilhões de anos atrás. É quando boa parte das galáxias cresce de forma acelerada, forma estrelas em ritmo intenso e começa a se organizar em grandes estruturas, como aglomerados. O novo mapa mostra onde a matéria escura se adensa e como esses nós gravitacionais se conectam por filamentos longos, que cruzam centenas de milhões de anos-luz.
Jacqueline McCleary, pesquisadora da Northeastern University, em Boston, e coautora do estudo, ressalta o impacto direto sobre teorias de evolução cósmica. “Uma grande questão na astrofísica é como as galáxias crescem e evoluem com o tempo, como o Universo passou de uma sopa quase perfeitamente homogênea para a espetacular variedade de galáxias que vemos hoje”, diz. “Saber onde está a matéria escura, quanto dela existe e conectá-la à população de galáxias dentro da distribuição de matéria escura estabelece uma importante condição de contorno para modelos de formação e evolução de galáxias.”
O lado invisível que domina o Universo
O trabalho reforça uma imagem hoje consolidada, mas ainda cheia de lacunas. Apenas cerca de 5% do conteúdo do Universo é feito de matéria comum, aquela que compõe estrelas, planetas, gases e seres vivos. Outros 27% corresponderiam à matéria escura, que não emite, não reflete e não absorve luz. Os 68% restantes se associam à energia escura, termo que descreve a força responsável pela expansão acelerada do Universo.
A matéria escura nunca é observada diretamente. Sua presença é inferida pelos efeitos gravitacionais que provoca. Galáxias giram rápido demais para se manterem unidas apenas com a massa visível. Aglomerados de galáxias também exigem mais gravidade do que a fornecida pelas estrelas e gases que contêm. A luz que vem de objetos distantes ainda sofre desvios ao cruzar regiões com grandes concentrações de massa. Somados, esses indícios sustentam há décadas a ideia de um componente invisível dominante.
O novo mapa se ancora nesse último efeito. Ao medir com precisão as distorções sutis de 250 mil galáxias de fundo, os pesquisadores obtêm um desenho da distribuição da matéria, visível e escura, ao longo da linha de visão. Como o James Webb alcança objetos formados quando o Universo tem algo entre 3,5 bilhões e 5,5 bilhões de anos, o estudo recupera a história da teia cósmica em uma fase em que ela ainda se organiza, mas já exibe estruturas complexas.
Os dados, segundo a equipe, permanecem em harmonia com o principal modelo cosmológico em uso, conhecido como modelo padrão de cosmologia. Ele descreve um Universo que nasce no Big Bang, há cerca de 13,8 bilhões de anos, e evolui dominado por matéria escura fria e energia escura. “Nesse contexto, a matéria escura fornece a estrutura gravitacional sobre a qual galáxias, grupos e aglomerados se formam, criando a teia cósmica de grande escala. Nosso mapa proporciona uma visão observacional muito mais nítida dessa estrutura de sustentação da matéria escura”, afirma Scognamiglio.
Modelos em revisão e próximos passos
O ganho de resolução, o dobro da obtida em mapas anteriores, e a ampliação da área coberta no céu abrem espaço para ajustes finos em modelos de formação de galáxias. Simulações numéricas que rodam em supercomputadores dependem de parâmetros que descrevem a quantidade e o comportamento da matéria escura. Quanto mais preciso é o mapa observado, mais rigorosa precisa ser a teoria que tenta reproduzi-lo.
Na prática, isso pode levar a revisões em cenários de crescimento de galáxias, fusão de aglomerados e evolução de halos de matéria escura, que servem de casulo gravitacional para as galáxias. O resultado também interessa a físicos de partículas, que buscam sinais da natureza microscópica da matéria escura em aceleradores e detectores subterrâneos. Se os mapas em grande escala revelarem discrepâncias sutis com o modelo padrão, essas tensões podem apontar para novas físicas ainda não incorporadas às teorias atuais.
Os autores veem o estudo como um passo inicial de um esforço mais amplo. O James Webb deve seguir produzindo levantamentos profundos em diferentes regiões do céu até o fim da década, o que permitirá montar mosaicos cada vez maiores da teia cósmica em diferentes épocas. Futuras missões espaciais dedicadas à energia escura e à matéria escura, como observatórios planejados por Nasa e ESA, tendem a cruzar seus dados com o mapa de Scognamiglio e colegas.
O quadro geral ainda guarda perguntas incômodas. A matéria escura continua invisível aos detectores diretos, e a energia escura segue como um rótulo provisório para um fenômeno mal compreendido. O novo mapa não resolve esses enigmas, mas estreita o cerco em torno deles. Cada novo filamento revelado na teia cósmica obriga a teoria a se explicar melhor, em uma disputa que deve marcar a cosmologia das próximas décadas.