O legado 'sombrio' do ganhador do prêmio Nobel Jim Peebles

Os astrônomos mapeiam a matéria escura indiretamente, por meio de sua atração gravitacional sobre outros objetos.

Os astrônomos mapeiam a matéria escura indiretamente, por meio de sua atração gravitacional sobre outros objetos. (Crédito da imagem: NASA, ESA e D. Coe (NASA JPL / Caltech e STScI) , CC BY)

Paul M. Sutter é astrofísico em The Ohio State University , anfitrião de Pergunte a um astronauta e Rádio Espacial , e autor de ' Seu lugar no universo. 'Sutter contribuiu com este artigo para Vozes de especialistas do Space.com: Op-Ed e Insights .

O estudo moderno de todo o universo, o ramo da ciência conhecido como cosmologia, deve seu status atual a muitas figuras notáveis, remontando a quase um século de pesquisas dedicadas e arduamente conquistadas.



Alguns desses nomes podem ser familiares: Albert Einstein , Edwin Hubble, Vera Rubin, etc. Mas recentemente o comitê do Prêmio Nobel reconheceu as contribuições de um nome que você pode não reconhecer, Jim Peebles, e deu a ele metade do prêmio de física de 2019, 'por contribuições para a nossa compreensão da evolução do universo e o lugar da Terra no cosmos. '

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Basta dizer que a cosmologia não estaria onde está hoje sem os esforços de Jim Peebles. Uma coisa é afirmar o Modelo big bang na simplicidade de uma camiseta (por exemplo, 'o universo costumava ser menor e mais quente, e agora não é'), mas é uma coisa completamente diferente transformar isso em uma formulação matemática precisa capaz de fazer previsões para comparar observações. É justo dizer que Peebles ajudou a transformar a cosmologia de 'ideia pura e geralmente correta' para 'um campo da ciência real.' Vamos explorar três avenidas principais pelas quais seus insights nos guiaram:

A radiação cósmica de fundo

Se o universo primitivo era menor do que é hoje, então também deve ter sido mais quente e mais denso. E uma vez que você aceita esta realidade, você rapidamente percebe que, em algum ponto no passado distante, o universo deve ter sido tão denso e tão quente que existia em um estado completamente diferente da matéria.

Mais de 13 bilhões de anos atrás, quando o universo tinha cerca de um milionésimo do seu volume atual, todas as coisas no cosmos estavam tão comprimidas que era um plasma, um estado da matéria no qual os elétrons são arrancados dos átomos e livres para vagam por aí por conta própria. Naquela época, o universo era muito intenso.

Mas depois ficou mais velho, ficou maior e ficou mais frio. E em uma certa idade, as temperaturas e pressões caíram abaixo de um limite crítico e os elétrons foram capazes de se ligar aos átomos sem serem eliminados imediatamente. Em um flash, o universo se tornou transparente à radiação, e aquela luz - literalmente incandescente no momento de sua liberação - persiste até os dias atuais, encharcando o cosmos.

Mas hoje essa luz perdeu muito vapor e está esfriando apenas alguns graus acima do zero absoluto, firmemente na faixa do microondas. Esse ' fundo de microondas cósmico 'foi acidentalmente descoberta por dois físicos de microondas em 1964, mas sem o conhecimento deles um grupo de teóricos, incluindo Peebles, já havia previsto sua existência. Os físicos do microondas ganharam o Nobel em 1978, mas nunca é tarde para o comitê do Nobel reconhecer os teóricos também.

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Matéria escura

Na década de 1970, a astrônoma Vera Rubin descobriu algo engraçado acontecendo com as galáxias: as estrelas dentro delas estavam orbitando muito rápido. Na verdade, tão rápido que as galáxias deveriam ter se separado bilhões de anos atrás. Mas lá estavam eles, felizes como amêijoas.

O que estava acontecendo? Não entendemos algo sobre a natureza da gravidade em escalas tão grandes quanto as galáxias? Ou o universo tinha um ingrediente extra que estava escondido para nós até as observações de Rubin?

Alguns astrônomos, incluindo a própria Rubin, pensaram que precisávamos ajustar as leis da física para acertar as coisas. Mas outros, incluindo Peebles, perceberam que havia mais em uma galáxia do que aparenta. Ele foi um dos primeiros proponentes do que hoje chamamos de 'matéria escura fria' - uma nova forma de matéria que não interage com a luz (e, portanto, não interage com nada, exceto por meio da gravidade). Agora sabemos que matéria escura satura o universo, inundando a matéria normal em pelo menos uma proporção de 5: 1.

Peebles e colaboradores fizeram o trabalho braçal de investigar o que essa nova hipótese significaria em termos de comportamento da galáxia e forneceram testes úteis para os observadores mirarem e medirem.

Hoje, embora ainda não entendamos totalmente a matéria escura - e ainda temos que identificar sua identidade exata - a evidência veio de vários ângulos, incluindo impressões sutis no próprio fundo de microondas cósmico, que a matéria escura é um ingrediente importante de nosso universo.

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Estrutura cósmica

Mas Peebles não parou nos primeiros momentos do Big Bang ou nos componentes misteriosos e invisíveis do nosso universo. Peebles foi grande - muito grande.

Vemos no universo ao nosso redor todos os tipos de diferentes tipos de galáxias em todos os tipos de arranjos fantasiosos. Algumas galáxias estão unidas em aglomerados gigantes, enquanto outras são solitárias. Alguns são enormes e pesados, e outros são pequenos e quase imperceptíveis. E quando ampliamos para as escalas muito maiores, vemos uma vasta 'teia cósmica', o maior padrão encontrado na natureza, uma estrutura que se estende de um extremo ao outro do universo visível.

A teia cósmica é feita de galáxias e, como o nome sugere, parece uma teia de aranha cósmica.

Como fez naquela acontecer?

Peebles e seus amigos abriram caminho para explicar as origens da teia cósmica, descobrindo que as estruturas em nosso universo crescem lentamente com o tempo, passando de partes menores a partes maiores a cada eon que passa.

Eles descobriram como procurar indícios das sementes da estrutura no fundo cósmico de micro-ondas, visíveis como pequenas variações de temperatura não maiores do que 1 parte em 100.000. Essas variações eram as localizações dos primeiros reservatórios de densidade ligeiramente acima da média, onde mais matéria (especialmente matéria escura!) Fluiria ao longo de milhões de anos.

Eventualmente, essas pequenas pepitas cresceriam e se tornariam galáxias, e algumas galáxias se agruparam para formar aglomerados de galáxias. E uma vez que todo o material usado para construir essas grandes estruturas teve que vir de algum lugar, vastas regiões vazias se abriram e se expandiram. Essas se tornaram as lacunas na teia cósmica, conhecidas como vazios.

Ao longo das décadas, Jim Peebles escreveu centenas de artigos e colaborou com centenas de astrônomos, astrofísicos, físicos e cosmologistas, e foi um jogador crítico na pintura do retrato do universo que agora conhecemos.

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