A gravidade moldou nosso cosmos. Sua influência atrativa transformou pequenas diferenças na quantidade de matéria presente no universo primitivo nos fios de galáxias que vemos hoje. Um novo estudo usando dados do Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) traçou como essa estrutura cósmica cresceu nos últimos 11 bilhões de anos, fornecendo o teste mais preciso até o momento da gravidade em escalas muito grandes.

O DESI é uma colaboração internacional de mais de 900 pesquisadores de mais de 70 instituições ao redor do mundo e é gerenciado pelo Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab).

Em seu novo estudo, pesquisadores do DESI descobriram que a gravidade se comporta como previsto pela teoria da relatividade geral de Einstein. O resultado valida o modelo líder do universo e limita possíveis teorias de gravidade modificada, que foram propostas como formas alternativas de explicar observações inesperadas — incluindo a expansão acelerada do nosso universo que é tipicamente atribuída à energia escura.

"A relatividade geral foi muito bem testada na escala dos sistemas solares, mas também precisamos testar se nossa suposição funciona em escalas muito maiores", disse Pauline Zarrouk, cosmóloga do Centro Nacional Francês de Pesquisa Científica (CNRS) que trabalha no Laboratório de Física Nuclear e de Altas Energias (LPNHE), que coliderou a nova análise.

"Estudar a taxa de formação das galáxias nos permite testar diretamente nossas teorias e, até agora, estamos nos alinhando com o que a relatividade geral prevê em escalas cosmológicas."

O estudo também forneceu novos limites superiores para a massa dos neutrinos, as únicas partículas fundamentais cujas massas ainda não foram medidas com precisão.

Experimentos anteriores com neutrinos descobriram que a soma das massas dos três tipos de neutrinos deveria ser de pelo menos 0,059 eV/c 2 . (Para comparação, um elétron tem uma massa de cerca de 511.000 eV/c 2 .) Os resultados do DESI indicam que a soma deveria ser menor que 0,071 eV/c 2 , deixando uma janela estreita para as massas dos neutrinos.

A colaboração DESI compartilhou seus resultados em vários artigos publicados no repositório online arXiv . A análise complexa usou quase 6 milhões de galáxias e quasares e permite que os pesquisadores vejam até 11 bilhões de anos no passado. Com apenas um ano de dados, o DESI fez a medição geral mais precisa do crescimento da estrutura, superando esforços anteriores que levaram décadas para serem feitos.

Esses resultados fornecem uma análise ampliada dos dados do primeiro ano do DESI, que em abril fez o maior mapa 3D do universo até o momento e revelou indícios de que a energia escura pode estar evoluindo ao longo do tempo.

Os resultados de abril analisaram uma característica particular de como as galáxias se aglomeram, conhecida como oscilações acústicas bariônicas (BAO). A nova análise, chamada de "análise de forma completa", amplia o escopo para extrair mais informações dos dados, medindo como as galáxias e a matéria são distribuídas em diferentes escalas pelo espaço.

O estudo exigiu meses de trabalho adicional e verificações cruzadas. Como o estudo anterior, ele usou uma técnica para esconder o resultado dos cientistas até o final, mitigando qualquer viés inconsciente.

"Tanto nossos resultados do BAO quanto a análise completa do formato são espetaculares", disse Dragan Huterer, professor da Universidade de Michigan e colíder do grupo do DESI que interpreta os dados cosmológicos.

"Esta é a primeira vez que o DESI observa o crescimento da estrutura cósmica . Estamos mostrando uma tremenda nova habilidade de sondar a gravidade modificada e melhorar as restrições em modelos de energia escura. E isso é apenas a ponta do iceberg."

DESI é um instrumento de última geração que pode capturar luz de 5.000 galáxias simultaneamente. DESI é montado no Telescópio Nicholas U. Mayall de 4 metros da National Science Foundation dos EUA no Observatório Nacional Kitt Peak (um programa do NSF NOIRLab). O experimento está agora em seu quarto de cinco anos pesquisando o céu e planeja coletar aproximadamente 40 milhões de galáxias e quasares até o término do projeto.

A colaboração está atualmente analisando os três primeiros anos de dados coletados e espera apresentar medições atualizadas da energia escura e do histórico de expansão do nosso universo na primavera de 2025. Os resultados expandidos do DESI são consistentes com a preferência anterior do experimento por uma energia escura em evolução, aumentando a expectativa da próxima análise.

“A matéria escura constitui cerca de um quarto do universo, e a energia escura compõe outros 70%, e não sabemos realmente o que é qualquer um deles", disse Mark Maus, um estudante de doutorado no Berkeley Lab e na UC Berkeley que trabalhou em teoria e pipelines de modelagem de validação para a nova análise. "A ideia de que podemos tirar fotos do universo e lidar com essas grandes questões fundamentais é alucinante."

A colaboração DESI tem a honra de receber permissão para conduzir pesquisas científicas em I'oligam Du'ag (Pico Kitt), uma montanha com significado particular para a Nação Tohono O'odham.

Informações do periódico: arXiv