A cosmologia moderna baseia-se numa suposição simples: se olharmos para escalas suficientemente grandes, então a matéria deveria ser distribuída uniformemente, sem direção preferencial, dentro do cosmos. Isso é conhecido como princípio cósmico.
Agora, como novos telescópios, tanto na Terra como no espaço, como o Instrumento Espectroscópico de Energia Escura (DESI) e EuclidesAo fornecer um mapa mais detalhado do universo, esta hipótese pode finalmente ser testada adequadamente.
Em Nosso novo jornalDescobrimos evidências de que a distribuição das galáxias não é uniforme nas maiores escalas que podemos examinar atualmente. Usando dados DESI, encontramos amplos padrões direcionais em distâncias de bilhões de anos-luz.
Se confirmados, os nossos resultados forçarão os físicos a repensar algumas ideias fundamentais sobre o Universo, incluindo o que é a matéria escura e como a gravidade molda a matéria nas maiores escalas.
Um modelo que funcionou excepcionalmente bem
O princípio cosmológico sustenta o modelo cosmológico padrão, que fornece uma receita para o universo: aproximadamente 5% de matéria normal, 25% de matéria escura e 70% de energia escura (representada pela letra grega Λ). Isso é conhecido como modelo lambda padrão de matéria escura fria (ΛCDM).
O modelo teve um sucesso notável. Por exemplo, traça a história da expansão do universo, a formação de elementos de luz após o Big Bang e a radiação cósmica de fundo em micro-ondas – com uma precisão impressionante – a antiga luz emitida quando o universo se tornou transparente pela primeira vez.
No entanto, este sucesso tornou difícil ignorar a crescente tensão observacional.
A taxa de expansão cósmica é conhecida como constante de Hubble, mas a estimativa exata da taxa atual de expansão do universo não é aceita por todos. Isto levou a muitos desafios controversos ao modelo ΛCDM – Puxar Hubble.
Observações recentes de galáxias antigas por Telescópio James Webb Também põe em causa a nossa compreensão da formação do cosmos primitivo.
no entanto, Muitas pessoas reconhecem isso O quebra-cabeça mais intrigante é um dipolo invulgarmente grande – uma assimetria de “uma direção versus direção oposta” no céu – na distribuição de quasares e galáxias de rádio muito distantes. esse Em total contraste com o modelo ΛCDM.
Finalmente, os dados do ano passado estão disponíveis no DESI Desafiou a natureza das forças das trevasque pode não ser uma constante como assumido. Isso abalou os alicerces da cosmologia moderna.
Sondando a estrutura cósmica em grande escala
O DESI está produzindo um dos mapas tridimensionais do universo mais detalhados já feitos, medindo as posições das galáxias no céu e seus desvios para o vermelho, que nos dizem a que distância elas estão.
Nosso trabalho questiona se a distribuição da matéria está de fato se tornando suave e não direcional nas maiores escalas que podemos observar. Por outras palavras, os princípios cosmológicos são apoiados pelos nossos melhores dados?
Para testar isso, usamos uma técnica que mede a probabilidade de encontrar uma galáxia a uma determinada distância e ao longo de uma determinada direção a partir de outra galáxia.
Calculamos isso para todos os pares de galáxias e calculamos a média dos resultados.
Se as galáxias estiverem distribuídas uniformemente, então esses pares de direções deverão estar igualmente distribuídos. Se as galáxias assentarem em longos filamentos ou paredes, mais pares se alinharão ao longo de certas direções.
Uma teia cósmica sem fim
Aplicando isso às galáxias DESI, obtivemos um sinal direcional claro. Os pares de galáxias não eram orientados aleatoriamente, mas alinhados, traçando filamentos e paredes coerentes.
Não seria surpreendente se o sinal fosse mais fraco em escalas maiores. Em vez disso, os padrões persistem ao longo de vastas distâncias, estendendo-se até milhares de milhões de anos-luz nas amostras mais profundas.
A teia cósmica não parecia desaparecer numa distribuição uniforme e sem direção nas maiores escalas que pudemos examinar.
Mesmo nas maiores escalas, o universo parece mais próximo de um fio emaranhado do que de uma névoa nebulosa.
Em seguida, comparamos as observações com o universo simulado com base no modelo padrão ΛCDM. A diferença foi impressionante. Os universos simulados apresentam padrões direcionais fracos e pequenos na distribuição da matéria. Os dados reais do DESI mostraram uma estrutura forte, persistindo em distâncias muito maiores.
o que isso significa
Nossos resultados sugerem que, no modelo padrão, não há tempo suficiente para a formação de estruturas tão grandes.
Se as galáxias seguem a distribuição global da massa, incluindo a matéria escura, então o padrão de localização das galáxias põe em causa a nossa suposição de que o Universo é bastante uniforme em escalas suficientemente grandes.
Uma possível explicação é que A matéria escura pode interagir de maneiras complexas e imprevisíveisAlém daqueles incluídos no modelo mais simples.
Outra é a nossa necessidade Uma descrição geral mais complexa do universoAquele que permite Anomalias em grande escala desempenharão um papel maior.
Ou a resposta pode ser algo totalmente diferente.
Os nossos resultados revelam estruturas coerentes que abrangem milhares de milhões de anos-luz, muito além do que o modelo cosmológico padrão esperaria. Se confirmados, violariam diretamente os princípios cósmicos.
Isto sugeriria que a matéria está organizada em padrões de grande escala a distâncias muito maiores do que se pensa atualmente.
O próximo passo não é a estimativa, mas a medição.
Os dados futuros do DESI, Euclid e outros inquéritos serão importantes. Se a evidência continuar, os cosmólogos poderão precisar de novos modelos de formação de estruturas e de uma imagem revista do Universo às maiores escalas.
