Cosmologia: como vestígios do universo primordial ajudam a estudar sua expansão

A cosmologia estuda a origem, a evolução e a natureza do universo. A NASA ressalta que as descobertas do século XX transformaram essa disciplina, embora ainda haja aspectos do cosmos por conhecer. Para reconstruir sua história, os pesquisadores relacionam observações de épocas distintas e estudam, entre outras questões, a expansão e a formação de estruturas.

Um dos sinais fundamentais é a radiação cósmica de fundo (CMB, na sigla em inglês), que a NASA descreve como a luz mais antiga que podemos observar no universo. Outra abordagem consiste em medir como as galáxias se agrupam a grandes distâncias. São registros distintos: a CMB apresenta variações de temperatura, e a distribuição de galáxias mostra a estrutura cósmica em grande escala.

O vestígio das ondas acústicas

No universo primordial, a matéria e a luz formavam um plasma quente e denso. Segundo o glossário da NASA, as regiões com maior concentração de luz e matéria tinham mais pressão, o que fez ondas sonoras se propagarem para fora e arrastarem matéria comum, ou bariônica. Quando o universo esfriou o suficiente para que a luz viajasse livremente, formou-se a radiação cósmica de fundo.

O movimento da matéria associado a essas ondas produziu camadas esféricas com excesso de densidade. A NASA explica que as oscilações acústicas bariônicas (BAO, na sigla em inglês) se refletem nas variações de temperatura da CMB e que hoje deixam um vestígio tênue no agrupamento de galáxias. O glossário descreve esse sinal como um pequeno excesso de pares de galáxias separados por cerca de 500 milhões de anos-luz; a fonte não especifica aqui a convenção de distância utilizada.

A escala dessas características serve como uma «régua padrão». Ao medi-la na distribuição de galáxias, os astrônomos podem estudar o ritmo de expansão do universo e obter informações sobre a energia escura, segundo a NASA. Assim, um vestígio do universo primordial oferece uma ferramenta para investigar a evolução cósmica.

Matéria bariônica e composição do universo

O glossário da NASA usa matéria bariônica para se referir, em astronomia, à matéria comum que forma, entre outras coisas, átomos, pessoas, planetas, estrelas e galáxias. Essa fonte indica que ela representa 4,9% da massa-energia do universo. O percentual e a expressão «massa-energia» são apresentados aqui tal como formulados no glossário.

Euclid: mapear galáxias em grande escala

A ESA concebeu o Euclid para explorar a composição e a evolução do chamado universo escuro por meio do estudo da estrutura cósmica. A missão observará bilhões de galáxias a distâncias de até 10.000 milhões de anos-luz, em mais de um terço do céu, para criar um grande mapa tridimensional do universo. A ESA informa que o Euclid foi lançado em 1º de julho de 2023 e que seu destino é o segundo ponto de Lagrange do sistema Sol-Terra, a 1,5 milhão de quilômetros da Terra.

Com esse mapa, o Euclid estudará como o universo se expandiu e como suas estruturas se formaram ao longo da história cósmica. A ESA afirma que as observações ajudarão a investigar o papel da gravidade e a natureza da matéria escura e da energia escura. São questões que a missão abordará por meio de suas observações de galáxias e da estrutura em grande escala.

A radiação cósmica de fundo e os mapas de galáxias oferecem registros complementares. As variações de temperatura da CMB preservam informações sobre o universo primordial; o sinal BAO no agrupamento galáctico permite utilizar uma escala conhecida para estudar a expansão. O Euclid ampliará as observações dessa estrutura no espaço e ao longo da história cósmica.