Mapas da distribuição de matéria escura no Universo jovem são observados por astrônomos

A maior parte da matéria do Universo está na forma de matéria escura que é um componente que não emite luz. Ela é detectada pelo efeito gravitacional que exerce na matéria visível. No Universo jovem, logo após o Big Bang, a matéria escura teve um papel fundamental na formação das primeiras estruturas guiando a distribuição do gás. Ao guiar, a matéria escura possibilitou que matéria se juntasse e formasse as primeiras galáxias que observamos hoje.

Algumas dessas galáxias que se formaram quando o Universo ainda era muito jovem são conhecidas como Lyman-alpha emitters. Essas galáxias são objetos jovens que emitem luz em um comprimento de onda específico do hidrogênio e, por isso, funcionam como ferramentas para mapear a distribuição de matéria no Universo primitivo. Ao estudar a posição e a densidade dessas galáxias, é possível estimar indiretamente como a matéria escura se organizava, já que a influência gravitacional ela que moldava essas distribuições.

Um novo artigo publicado na revista The Astrophysical Journal Letters trouxe alguns resultados ao analisar a distribuição de Lyman-alpha emitters em três épocas diferentes. Com essa análise em 3 momentos da vida do Universo, foi possível entender como a matéria escura se espalhava no Universo jovem. O estudo mostrou que a densidade de matéria escura afeta diretamente a proximidade entre as galáxias.

Matéria escura

A matéria escura compõe cerca de 85% da massa total do Universo onde os 15% restantes é composto por matéria visível, ou seja, a que observamos. A matéria escura não interage com a luz mas exerce influência gravitacional nos objetos como galáxias e aglomerados. A matéria escura começou a se agrupar em grandes halos invisíveis logo após o início do Universo.

A matéria normal, também chamada de matéria visível ou bariônica, seguiu a distribuição imposta pela matéria escura, ou seja, onde havia maior densidade de matéria escura, a gravidade puxava mais gás e resultava na formação de mais objetos. Já em regiões com menos matéria escura, o gás era mais difuso, levando a grandes vazios cósmicos. Assim, a teia cósmica que observamos hoje, com filamentos, aglomerados e vazios, é consequência direta da distribuição inicial da matéria escura no Universo.

O que são galáxias Lyman-alpha?

Galáxias Lyman-alpha emitters (LAEs) são galáxias jovens e que estão muito distantes de nós. Elas emitem luz no comprimento de onda específico de 121,6 nanômetros que é chamado de linha Lyman-alpha do hidrogênio. Essa radiação surge quando elétrons no hidrogênio excitado caem para o nível fundamental, liberando fótons nessa frequência. Como o hidrogênio é o elemento mais abundante, essa emissão é uma das principais assinaturas para identificar regiões de formação estelar no Universo primitivo.

Essas galáxias costumam ser observadas em épocas muito antigas do Universo, apenas alguns bilhões de anos após o Big Bang. Por estarem tão distantes, sua luz chega até nós distorcida pela expansão do espaço e isso possibilita o estudo até mesmo da expansão do Universo. Além disso, ela ajuda a entender o processo de formação de estrelas e galáxias e a entender como a matéria escura e visível estavam distribuídas no Universo jovem.

Encontrando mapas

Usando dados de um projeto que contém observações de mais de 100 mil galáxias Lyman-alpha emitters, um grupo de pesquisadores focou em uma região do céu conhecida como COSMOS Deep Field. Essa região do céu é associada com um dos maiores levantamentos de campo profundo já realizados. O grupo usou dados de 3 momentos do Universo: 2,8 bilhões, 2,1 bilhões e 1,4 bilhão de anos após o Big Bang. Nessas épocas, essas galáxias eram jovens, formavam estrelas ativamente e eram muito brilhantes.

Os pesquisadores desse projeto queriam entender como a matéria escura afetava a evolução das galáxias tanto na dinâmica quanto em processos de fusão. Um dos resultados encontrados foi que de 3% a 7% das regiões densas de matéria escura são capazes de abrigar galáxias Lyman-alpha emitters. Isso mostrou que essas galáxias representam uma fase breve de evolução, que dura de dezenas a centenas de milhões de anos.

Como matéria escura define a estrutura do Universo?

Uma das conclusões que os pesquisadores do artigo chegou é que a matéria escura desempenha um papel na formação de galáxias, funcionando como uma espécie de “cola gravitacional”. Ela também desempenhou um papel no processo de fusão entre galáxias que foi responsável por picos de formação estelar. A fusão entre galáxias foi importante para o crescimento e manutenção desses objetos.

O estudo também trouxe análises da distribuição irregular dessas galáxias para identificar onde a matéria escura era mais densa. Ao transformar esses dados em um mapa de contorno, os cientistas conseguiram visualizar como a matéria escura estava distribuída nesses momentos do Universo. Com isso, foi possível entender como a própria matéria escura estava se moldando enquanto o Universo evoluía.

Referência da notícia

Herrera et al. 2025 ODIN: Clustering Analysis of 14,000 Lyα-emitting Galaxies at z = 2.4, 3.1, and 4.5 The Astrophysical Journal Letters