Descoberta de uma enorme bolha de galáxias – que se acredita ser um remanescente das origens do universo

A área vermelha (esquerda) mostra a crosta rodeada pela oscilação bariónica acústica, com galáxias individuais representadas como pequenos pontos brilhantes. Os fios azuis mostram a teia cósmica maior, destacando características anteriormente conhecidas, como Laniākea. Crédito da imagem: Frédéric Dorion, Animea Studio; Daniel Pommarid, IRFU, CEA Universidade Paris-Saclay. Este trabalho beneficiou de financiamento governamental da France 2030 (P2I – Graduate School of Physics) sob a referência ANR-11-IDEX-0003.

Os astrônomos identificaram uma bolha enorme, chamada Hoʻoleilana, localizada a 820 milhões de anos-luz de distância. Acredita-se que esta estrutura seja um remanescente da origem do universo e é maior do que o esperado, fornecendo informações valiosas sobre a evolução das galáxias e a dinâmica de expansão do universo.

Acredita-se que a descoberta, liderada pela Universidade do Havaí, de uma enorme bolha a 820 milhões de anos-luz da Terra seja um remanescente semelhante a um fóssil do nascimento do universo. O astrônomo Brent Tully, do Instituto de Astronomia da Universidade de Houston, e sua equipe descobriram inesperadamente a bolha dentro de uma rede de galáxias. A entidade recebe um nome Howililanaum termo retirado de Comolepoum hino de criação havaiano que evoca a origem da estrutura.

Os novos resultados foram publicados em 5 de setembro em o Jornal Astrofísicomencione essas enormes estruturas que foram previstas a grande explosão A teoria é o resultado de ondulações tridimensionais na matéria do universo primitivo, conhecidas como oscilações acústicas bariônicas (BAO).

A descoberta inesperada

“Não estávamos procurando por isso. É tão massivo que se estende até as bordas da faixa de céu que estávamos analisando, “explicou Tully.” Como um aumento na densidade da galáxia, é uma característica muito mais forte do que o esperado. O grande diâmetro de um bilhão de anos-luz excede as expectativas teóricas. Se a sua formação e evolução forem consistentes com a teoria, este BAO está mais próximo do que o esperado, implicando um valor elevado para a taxa de expansão do universo.

Os astrônomos identificaram a bolha usando dados de Fluxos cósmicos-4É de longe a maior coleção de distâncias precisas de galáxias. Tully co-publicou o extraordinário catálogo no outono de 2022. A sua equipa de investigadores acredita que esta pode ser a primeira vez que os astrónomos identificam uma única estrutura associada ao BAO. Esta descoberta pode ajudar a avançar o conhecimento dos cientistas sobre os efeitos da evolução das galáxias.

As novas descobertas sugerem que estas estruturas massivas, previstas pela teoria do Big Bang, são o resultado de ondulações 3D na matéria do universo primitivo, conhecidas como oscilações acústicas bariónicas (BAO). Crédito da imagem: Frédéric Dorion, Animea Studio; Daniel Pommarid, IRFU, CEA Universidade Paris-Saclay. Este trabalho beneficiou de financiamento governamental da France 2030 (P2I – Graduate School of Physics) sob a referência ANR-11-IDEX-0003.

Enormes bolhas de matéria

Na bem estabelecida teoria do Big Bang, durante os primeiros 400.000 anos, o universo era um caldeirão quente plasma Semelhante ao interior do sol. Dentro do plasma, os elétrons são separados dos núcleos atômicos. Durante este período, regiões de densidade ligeiramente mais elevada começaram a colapsar sob a gravidade, mesmo quando o intenso banho de radiação tentava afastar o material. Essa luta entre a gravidade e a radiação fez o plasma oscilar, ou ondular, e se espalhar.

As maiores ondulações no universo primitivo dependiam da distância que uma onda sonora poderia viajar. Esta distância foi determinada pela velocidade do som no plasma, aproximadamente 500 milhões de anos-luz, e foi fixada quando o universo esfriou e deixou de ser um plasma, deixando vastas ondulações tridimensionais. Ao longo dos tempos, as galáxias formaram-se em picos de densidade, em estruturas massivas semelhantes a bolhas. Os padrões de distribuição das galáxias, se devidamente caracterizados, poderão revelar as características destes antigos mensageiros.

Vá mais fundo

“Sou o cartógrafo do grupo e mapear Haulilana em três dimensões ajuda-nos a compreender o seu conteúdo e a relação com o seu entorno”, disse o investigador Daniel Bomarede, da Universidade CEA Paris-Saclay, em França. “Foi um processo incrível construir este mapa e aprender como a gigantesca estrutura crustal de Holliana é composta por elementos que foram identificados no passado como algumas das maiores estruturas do universo.”

A mesma equipe de pesquisadores também identificou o Superaglomerado Laniākea em 2014. Esta estrutura, que inclui via Láctea, pequeno em comparação. Estendendo-se por cerca de 500 milhões de anos-luz de diâmetro, Laniakia estende-se até à borda desta bolha muito maior.

Detecção BAO única

A equipe de Tully descobriu que Hoʻoleilana foi apontada em um artigo de 2016 como a mais proeminente de várias estruturas semelhantes a conchas vistas no Sloan Digital Sky Survey. No entanto, trabalhos anteriores não revelaram toda a extensão da estrutura e esta equipa não concluiu ter encontrado um BAO.

Usando o catálogo Cosmicflows-4, os pesquisadores conseguiram visualizar todo o envelope esférico das galáxias, determinar o seu centro e mostrar que há um aumento estatístico na densidade das galáxias em todas as direções a partir desse centro. Hoʻoleilana inclui várias estruturas bem conhecidas previamente descobertas por astrônomos, como a Grande Muralha de Harvard/Smithsonian contendo o Aglomerado Coma, o Aglomerado Hércules e a Grande Muralha de Sloan. O Superaglomerado Bootes está localizado em seu centro. O histórico Boötes Void, uma enorme área esférica vazia, fica dentro de Hoʻoleilana.

Implicações para Ho’oleilana

Testes de simulação mostraram que a estrutura crustal identificada como Hoʻoleilana tem menos de 1% de probabilidade de ser um acidente estatístico. Hoʻoleilana tem as características de uma oscilação acústica bariônica teoricamente esperada, incluindo um rico superaglomerado projetando-se em seu centro, no entanto, destaca-se mais forte do que o esperado.

Em detalhes, Holliana é um pouco maior do que o esperado pela cosmologia do Modelo Padrão e pelo que foi encontrado em estudos estatísticos anteriores de pares de separação de galáxias. O tamanho é consistente com observações da taxa de expansão local do universo e fluxos galácticos em grandes escalas que também apontam para problemas sutis com o Modelo Padrão.

Referência: “Ho’oleilana: uma oscilação acústica bárion individual?” Escrito por R. Brent Tully, Colan Howlett e Daniel Bomarede, 5 de setembro de 2023, Jornal Astrofísico.
doi: 10.3847/1538-4357/aceaf3