Solução para o Cold Spot: Supervoid de Eridanus

Título: The DES view of the Eridanus supervoid and the CMB Cold Spot

Autores: The DES collaboration, primeiro autor: András Kovács

Instituição do primeiro autor: Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC)

Status: Aceito por MNRAS, acesso aberto no arxiv

O Cold Spot da CMB

A radiação cósmica de fundo (CMB), que pode ser considerada como uma “foto de infância do universo”, é incrivelmente homogênea: é quase a mesma temperatura em todas as direções, com flutuações da ordem de 0.01%. No entanto, existem partes da CMB que não se encaixam na descrição de homogeneidade e uma parte é o que chamamos de Cold Spot (CS). Essa região é 8 vezes mais fria que as flutuações típicas, primeiro detectada pelo WMAP Collaboration e depois confirmado pelo Planck Collaboration (veja a Figura 1).

Existem diversas propostas para tentar explicar o Cold Spot. Talvez seja apenas resultado de flutuações estatísticas ou ruídos de objetos galáticos. Ou até que fosse um evidência do multiverso pela ideia de que bolhas de universos diferentes colidiram. No artigo de hoje, a explicação é de que um super-vazio (supervoid) é o responsável.

Figura 1: Medidas de CMB do Planck Collaboration. Regiões vermelhas são levemente mais quentes que as azuis. O CS é uma região de azul escuro no centro, mostrado com detalhe. O CS é muitas vezes mais frio que as outras flutuações e inesperadamente maior [Figura 1 do artigo].

Um solução plausível – O supervoid de Eridanus

A explicação mais plausível para o CS na CMB seria um void cósmico gigante. Tal void está num região de baixa densidade que tem menos galáxias e/ou matéria que a média. Os voids podem esfriar os fótons da CMB via efeito Sachs-Wolfe integrado (iSW).

Como há mais matéria ao redor do void, a gravidade atrai objetos para fora dele. Os fótons da CMB que estão entrando no void tentam escapar dessa atração e perdem um pouco de energia. Se nada aconteceu com o void, os fótons restituem a energia perdida assim que saem do void. No entanto, sabemos que o universo está expandindo, o que deixa os voids mais extensos e mais rasos enquanto os fótons passam neles. Devido à expansão, os fótons vão restituir menos energia na saída do void do que antes. O resultado é que os fótons perdem energia e são “esfriados”.

Por conta desse efeito, um void muito grande explicaria o CS. De fato, em 2015, observando a distribuição de galáxias na direção da anomalia pesquisadores encontraram o supervoid de Eridanus. Os autores do artigo de hoje focaram em Eridanus para confirmar a detecção anterior e encontrar evidência do CS na CMB. Mas nesse caso, eles usaram um método diferente: o lenteamento gravitacional.

Encontrando um void com lentes gravitacionais

Lenteamento gravitacional é uma técnica de medida de distribuição de matéria no universo. A ideia vem da relatividade geral: objetos massivos dobram o espaço-tempo e por consequência a luz, já que fótons seguem a curvatura do espaço-tempo. Consequentemente, distribuições de matéria distorcem as imagens de galáxias localizadas atrás delas. Ao medir quantas imagens são distorcidas, podemos inferir a densidade de matéria que causa o efeito de lente e gerar mapas. Esses mapas mostram a convergência κ, que é a soma, normalizada, de toda a matéria entre nós e a galáxia cuja imagem foi distorcida. Um κ positivo indica um região de sobre-densidade, enquanto que um κ negativo indica um região de sub-densidade – um void.

No artigo de hoje, os autores usaram o sinal de lenteamento medido pelo Dark Energy Survey (DES), um survey que busca galáxias para estudos cosmológicos e de lente gravitacional. Já em posse de medidas muito precisas, eles foram capazes de mapear a distribuição de matéria na direção do CS na CMB.

Como é mostrado na figura 2, eles encontraram uma região de sub-densidade na direção do CS. Esse achado confirma a existência do supervoid de Eridanus de forma independente do Planck! Os autores também descobriram que o supervoid de Eridanus, que é 20% menos denso que a média cósmica e se estende em mais de 1.8 bilhões de anos-luz, é o void mais proeminente dos dados do DES.

Figura 2:Mapa de lenteamento construído no artigo (esquerda) e mapa do Planck da CMB (direita). À esquerda, regiões azuis são de baixa densidade e vermelhas de alta densidade. Na direção do CS da CMB, o mapa mostra uma grande região de sub-densidade. O mapa da direita é o mesmo da Fig. 1 [Fig 1+ Fig 4 do artigo, adaptado].

Este void é capaz de explicar esse CS?

A questão agora é se o void serve de explicação para o CS na CMB. Infelizmente, no nosso entendimento atual do universo, a resposta é completamente não. O void pode no máximo contribuir com ~20% da anomalia na CMB.

No entanto, parece que tem algo de estranho acontecendo. Os autores compararam o sinal de lenteamento ao redor do void de Eridanus com o sinal de voids grandes em simulações cosmológicas. Surpreendentemente, o lenteamento ao redor de um void real é bem menor que o esperado nas simulações. Enquanto isso poderia ser um erro estatístico, também poderia indicar que nosso modelo padrão atual da cosmologia não esteja completamente correto. Em particular, o menor sinal de lenteamento poderia significar que o void de Eridanus cresceu e ficou mais raso que o esperado, que aumentaria o resfriamento da CMB devido ao efeito iSW explicado anteriormente. Se o universo não concorda com o modelo padrão da cosmologia, então o void de Eridanus poderia explicar o CS na CMB no final das contas.

Adaptado de A-void-ing the CMB cold spot, escrito por Laila Linke.

Deixe um comentário

Preencha os seus dados abaixo ou clique em um ícone para log in:

Logotipo do WordPress.com

Você está comentando utilizando sua conta WordPress.com. Sair /  Alterar )

Imagem do Twitter

Você está comentando utilizando sua conta Twitter. Sair /  Alterar )

Foto do Facebook

Você está comentando utilizando sua conta Facebook. Sair /  Alterar )

Conectando a %s