Vemos hoje inúmeras estrelas e galáxias brilhando no universo, mas quanta matéria existe realmente lá? A pergunta é bastante simples, mas a resposta parece surpreendente.
Este dilema existe em grande parte porque as observações cosmológicas atuais simplesmente discordam sobre como a matéria está distribuída no universo atual.
Seria útil uma nova simulação computacional que rastreasse como todos os elementos do universo – matéria comum, matéria escura e energia escura – evoluem de acordo com as leis da física. As imagens impressionantes mostram as galáxias e aglomerados de galáxias visíveis na imagem Universoé alimentado pelo que é chamado A teia cósmica. Esta rede é A maior estrutura do universoconstruído de filamentos compostos de matéria comum, ou matéria bariônica, e Matéria escura.
Ao contrário das simulações anteriores que analisavam apenas a matéria escura, o novo trabalho, realizado por um projeto chamado FLAMINGO (abreviação de Full-Scale Large-Scale Structure Simulation with All-Sky Mapping to Interpret Next Generation Observations), também rastreia matéria regular.
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“Embora a matéria escura domine a gravidade, a contribuição da matéria comum não pode mais ser negligenciada”, disse Jupp Shaye, professor da Universidade de Leiden, na Holanda, e coautor dos três novos estudos sobre o projeto Flamingo, num artigo. declaração.
Quanto à quantidade de matéria que o universo realmente contém, os astrônomos dizem que simulações de computador como essas não são apenas um colírio para os olhos cósmicos, mas também investigações importantes para ajudar a determinar a causa de uma grande discrepância na cosmologia chamada “tensão S8”. Este é o debate contínuo sobre como a matéria é distribuída no universo.
O que é tensão S8?
Ao explorar o universo, os astrônomos às vezes trabalham com o que é conhecido como parâmetro S8. Este parâmetro descreve essencialmente o quão “aglomerada” ou compactada está toda a matéria do nosso universo, e pode ser medido com precisão usando o que é conhecido como observações de baixo desvio para o vermelho. É usado por astrônomos Desvio para o vermelho Para medir a distância que um objeto está Terrae estudos de baixo redshift, como “fraco Lente gravitacional As “pesquisas” poderiam lançar luz sobre os processos que se desenrolam no universo distante e, portanto, mais antigo.
Mas o valor de S8 também pode ser previsto usando uma função Forma padrão Cosmologia. Os cientistas podem essencialmente ajustar o modelo para se adequar às propriedades conhecidas do objeto Fundo cósmico de microondas (CMB), que é a radiação residual do Big Bang, e calcule a aglomeração de matéria a partir daí.
Então, aqui está a questão.
Os experimentos CMB encontraram um valor S8 mais alto do que pesquisas de lentes gravitacionais fracas. Os cosmólogos não sabem porquê e chamam esta contradição de tensão S8.
Na verdade, a tensão S8 é uma crise emergente na cosmologia que é pouco diferente da sua famosa prima: Tensão HubbleO que se refere às contradições que os cientistas enfrentam para determinar a taxa de expansão do universo.
A razão pela qual a nova simulação da equipe não fornece uma resposta para o problema de jitter do S8 é um grande problema, porque ao contrário das simulações anteriores que levaram em conta apenas os efeitos da matéria escura no universo em evolução, o trabalho mais recente leva em conta os efeitos de matéria comum também. Em contraste com a matéria escura, é governada pela matéria comum gravidade Bem como a pressão gerada pelo gás em todo o universo. Por exemplo, impulsionado por ventos galácticos Super Nova Erupções e acumulação ativa Buracos negros supermassivos São processos cruciais que redistribuem a matéria comum, soprando suas partículas nas galáxias. espaço.
No entanto, mesmo o estudo do novo trabalho da matéria comum, bem como de alguns dos ventos galácticos mais extremos, não foi suficiente para explicar a fraca aglomeração de matéria observada no universo atual.
“Estou aqui perdido”, disse Shay ao Space.com. “Uma possibilidade interessante é que a tensão aponte para falhas no Modelo Padrão da cosmologia, ou mesmo no Modelo Padrão da física.”
Física estranha ou um modelo falho?
Então, de onde se originou essa tensão do S8?
“Não sabemos o que torna isso tão emocionante”, disse Ian McCarthy, astrofísico teórico da Universidade Liverpool John Morris, no Reino Unido, e coautor de três novos estudos, ao Space.com.
No entanto, simulações computacionais, como as realizadas pelo FLAMINGO, podem nos aproximar um passo. Pode ajudar a revelar a razão do nervosismo do S8 porque um hipotético grande mapa do universo pode ajudar a identificar potenciais erros nas nossas medições atuais. Por exemplo, os astrónomos estão lentamente a excluir explicações mais mundanas para o problema, como o facto de poder ser devido à incerteza geral nas observações de estruturas de grande escala ou relacionado com um problema na própria CMB.
Na verdade, a equipa espera que os efeitos da matéria natural possam ser muito mais fortes do que nas simulações atuais. No entanto, isto também parece improvável, uma vez que as simulações concordam bem com as propriedades observadas de galáxias e aglomerados de galáxias.
“Todas essas possibilidades são muito interessantes e têm implicações importantes para a física e a cosmologia fundamentais”, disse McCarthy. Mas a possibilidade mais interessante é que “o Modelo Padrão esteja incorreto de alguma forma”.
Por exemplo, a matéria escura poderia ter propriedades estranhas e de auto-interação não levadas em conta no Modelo Padrão, e a instabilidade S8 poderia indicar um colapso da nossa teoria da gravidade em escalas maiores, disse McCarthy.
No entanto, embora as simulações mais recentes rastreiem os efeitos da matéria natural e das partículas subatômicas conhecidas como… Neutrinos – Ambos foram considerados importantes para fazer previsões precisas sobre como as galáxias evoluíram ao longo dos tempos – mas não resolveram o problema da tensão S8.
Aqui está o que é surpreendente: em redshifts baixos, o universo é visivelmente menos aglomerado do que o previsto pelo Modelo Padrão. Mas medições que investigam as estruturas do universo entre As medições da CMB e do baixo redshift “são totalmente consistentes com as previsões do modelo padrão”, disse McCarthy. “O universo parece ter se comportado conforme esperado durante grande parte da história cósmica, mas isso mudou mais tarde na história cósmica.”
Talvez a chave para resolver a tensão do S8 resida em responder o que exatamente motivou esta mudança.
Esta pesquisa é descrito em três Folhas Publicado nos Avisos Mensais da Royal Astronomical Society.