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Com base em 255 horas de observação do Telescópio Espacial James Webb, estudo publicado em 26 de janeiro na revista Nature Astronomy apresenta o mapa de matéria escura mais detalhado já obtido, cobrindo quase 800 mil galáxias no campo COSMOS e reforçando modelos sobre a formação das primeiras estruturas do universo
A matéria escura, componente invisível que responde por cerca de cinco vezes mais massa do que a matéria comum no universo, voltou ao centro da pesquisa científica com a divulgação do mapa mais detalhado já produzido, publicado em 26 de janeiro na revista Nature Astronomy, com dados do Telescópio Espacial James Webb.
O estudo mostra onde a matéria escura está distribuída em parte do cosmos e como sua gravidade moldou a formação de galáxias, oferecendo evidências diretas de que essas estruturas invisíveis atuaram como base para o surgimento das primeiras aglomerações de matéria comum no universo primitivo.
Segundo os pesquisadores, sem a presença da matéria escura não haveria massa suficiente para manter as galáxias unidas gravitacionalmente, o que significa que estruturas como a Via Láctea e os bilhões de planetas que ela abriga não existiriam na forma atual.
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“É a estrutura gravitacional na qual tudo o mais se encaixa e que forma as galáxias”, afirma Richard Massey, coautor do estudo e físico da Universidade de Durham, explicando a relevância do novo mapa.
O campo COSMOS e a área mapeada pelo Webb
O novo mapa cobre uma região do céu conhecida como campo COSMOS, uma área amplamente estudada por observatórios anteriores, incluindo o Telescópio Espacial Hubble, mas agora observada com nível de detalhe significativamente superior graças ao Webb.
Apesar de conter imagens de quase 800.000 galáxias, muitas delas identificadas pela primeira vez, o mapa cobre uma área relativamente pequena do céu, equivalente a cerca de 2,5 vezes o tamanho aparente da Lua cheia vista da Terra.
Há aproximadamente 20 anos, o Hubble forneceu imagens pioneiras do campo COSMOS, permitindo aos cientistas visualizar a estrutura em larga escala do universo com precisão inédita para a época.
Com os novos dados infravermelhos do Webb, os pesquisadores puderam sobrepor as observações atuais às anteriores, confirmando análises passadas e revelando novos detalhes da distribuição de massa invisível que sustenta essas galáxias.
“Podemos ver que as estruturas coincidem, mas agora conseguimos observá-las com muito mais detalhes e precisão”, afirma Diana Scognamiglio, pesquisadora de cosmologia do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, que liderou o novo estudo.
A teia cósmica e a formação das primeiras galáxias
Como o Webb observa principalmente no infravermelho, ele é capaz de registrar galáxias formadas bilhões de anos atrás, quando o universo ainda estava em seus estágios iniciais de evolução.
Essas observações permitiram aos cientistas identificar estruturas conhecidas como filamentos de matéria escura, que compõem a chamada teia cósmica, uma rede invisível ao longo da qual as galáxias se alinham.
“Há galáxias enfileiradas como contas em todos os lugares onde vemos matéria escura”, explica Massey, destacando que essas estruturas aparecem em diferentes distâncias e momentos desde o Big Bang.
De acordo com os cientistas, logo após o nascimento do universo, a matéria escura começou a se aglomerar, formando uma espécie de esqueleto gravitacional que atraiu posteriormente a matéria comum.
O novo mapa reforça essa ideia ao mostrar que regiões com maior densidade de matéria escura correspondem a áreas onde há maior concentração de galáxias, estrelas e, mais tarde, planetas.
“Onde quer que haja matéria escura, ela atrai a matéria comum e começa a acumular matéria suficiente para formar estrelas e planetas”, acrescenta Massey, reforçando o papel central dessa substância invisível.
Lente gravitacional fraca e a construção do mapa
Como a matéria escura não emite, reflete nem absorve luz, os cientistas precisaram usar métodos indiretos para mapear sua presença no campo COSMOS.
A principal técnica empregada foi a lente gravitacional, um efeito previsto pela relatividade geral, no qual a gravidade de objetos massivos curva a trajetória da luz proveniente de fontes mais distantes.
No caso do novo estudo, os pesquisadores se concentraram na lente gravitacional fraca, um efeito sutil que provoca pequenas distorções nas formas aparentes das galáxias observadas.
Essas distorções são causadas pela influência gravitacional da matéria escura ao longo do caminho percorrido pela luz até chegar aos telescópios.
Para medir esse efeito com precisão, foi necessário analisar as formas de centenas de milhares de galáxias, comparando pequenas variações estatísticas em suas orientações e formatos.
“As galáxias ficam distorcidas em formas características, como um espelho de parque de diversões”, explica Massey, destacando a complexidade do cálculo envolvido nesse tipo de análise.
Os pesquisadores observaram a mesma região do céu por 255 horas com o Webb, o que representa o maior levantamento realizado no primeiro ano de operações científicas do telescópio, iniciado em 2022.
Comparação com mapas anteriores e colaboração científica
O estudo também apresenta uma comparação direta entre os mapas de matéria escura obtidos anteriormente com o Hubble e os novos mapas produzidos com o Webb.
As linhas de contorno sobrepostas indicam regiões de densidade equivalente de matéria escura, permitindo verificar a consistência entre os dois conjuntos de dados e evidenciar o ganho de resolução.
A pesquisa foi conduzida em colaboração entre cientistas do projeto COSMOS-Webb, incluindo o Dr. Gavin Leroy e o professor Richard Massey, ambos da Universidade de Durham.
Segundo os autores, medir a matéria escura dessa forma é comparável a observar o movimento das folhas para inferir a presença do vento, um processo indireto, mas altamente informativo.
Essa abordagem exige precisão extrema, já que as distorções analisadas são mínimas e distribuídas ao longo de vastas escalas cósmicas, envolvendo galáxias a bilhões de anos-luz de distância.
O resultado final é um mapa que não apenas confirma teorias existentes, mas também fornece uma base robusta para análises futuras sobre a estrutura do universo.
Perspectivas futuras e novos observatórios
Para especialistas que não participaram do estudo, como Rachel Mandelbaum, física da Universidade Carnegie Mellon, o novo mapa abre caminho para uma série de investigações científicas adicionais.
Entre elas estão análises sobre como diferentes tipos de galáxias se relacionam com a quantidade de matéria escura presente e estudos mais detalhados sobre os chamados vazios galácticos.
Essas regiões, com menor densidade de galáxias do que a média, podem fornecer pistas importantes sobre a distribuição da matéria no universo em grande escala.
O mapa do Webb surge em um momento descrito pelos cientistas como uma era de ouro na exploração do universo escuro, com vários observatórios entrando em operação.
O telescópio Euclid, da Agência Espacial Europeia, lançado em 2023, e o Telescópio Espacial Nancy Grace Roman, da NASA, com lançamento previsto para este outono, realizarão levantamentos em áreas muito maiores do céu.
Já o Observatório Vera C. Rubin, no Chile, que divulgou suas primeiras imagens em junho de 2025, também contribuirá com mapas detalhados de galáxias e matéria escura.
Segundo Gavin Leroy, o novo mapa do Webb representa “um primeiro passo fundamental” para todo o conhecimento futuro que será produzido sobre a matéria escura.
Do mapa bidimensional à compreensão da matéria escura
Os cientistas agora trabalham na construção de uma versão tridimensional do mapa de matéria escura obtido pelo Webb, combinando esses dados com observações de outros telescópios.
Essa abordagem permitirá estudar não apenas a distribuição espacial da matéria escura, mas também suas propriedades físicas fundamentais.
Uma das questões centrais é determinar se a matéria escura é composta por partículas massivas e de movimento lento, conhecidas como frias, ou por partículas mais leves e rápidas, chamadas de quentes.
A resposta a essa pergunta tem implicações diretas para os modelos cosmológicos que descrevem a evolução do universo desde o Big Bang.
“Espero que as pessoas vejam isso como uma base para outros estudos”, afirma Scognamiglio, destacando o potencial de combinar diferentes conjuntos de dados para avançar na cosmologia.
Com isso, o novo mapa não encerra o mistério da matéria escura, mas consolida um marco técnico e científico que permitirá avançar, passo a passo, na compreensão de um dos maiores enigmas da física moderna, mesmo com pequenos desajustes e detlahes ainda a serem explorados.
Fonte: Nature Astronomy
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