Os picos densos no gráfico de distribuição de comprimento de onda observados em uma floresta Lyman-Alpha de fato se assemelham a muitas árvores pequenas. Cada um desses picos representa uma queda repentina na "luz" em um comprimento de onda específico e estreito, mapeando efetivamente a matéria que a luz encontrou em sua jornada até nós.

É algo como um teatro de sombras, onde adivinhamos o personagem colocado entre a luz e a tela com base em sua silhueta. A "sombra" das moléculas de hidrogênio, suspensas a vastas distâncias entre nós e a luz projetada por fontes luminosas intensas ainda mais distantes, é bem reconhecida pelos astrofísicos.

As imagens usadas são chamadas de espectrogramas. Elas são decomposições de radiação, que para simplificar chamaremos de luz, mas que também inclui frequências que nossos olhos não conseguem ver, nas faixas de comprimento de onda que a compõem.

"É como uma espécie de arco-íris de granulação muito fina", explica Simeon Bird, físico da UC Riverside e um dos autores do estudo.

Vemos um arco-íris quando a luz solar passa por um prisma (ou uma gota de água) e é dividida em seus "ingredientes", cujos comprimentos de onda misturados aparecem como luz branca.

Em espectrogramas de luz vindos de fontes cósmicas como quasares, a mesma coisa acontece, só que quase sempre algumas frequências estão faltando, visíveis como faixas pretas onde a luz está ausente, como se algo tivesse projetado uma sombra. Esses são os átomos e moléculas que a luz encontrou ao longo do caminho.

Como cada tipo de átomo tem uma maneira específica de absorver luz, deixando uma espécie de assinatura no espectrograma, é possível rastrear sua presença, especialmente a do hidrogênio, o elemento mais abundante do universo.

"O hidrogênio é útil porque é como um traçador da matéria escura ", explica Bird. A matéria escura é um dos grandes desafios dos estudos atuais do universo: ainda não sabemos o que é e nunca a vimos, mas temos certeza de que existe em grande abundância — maior do que a da matéria normal.

Bird e seus colegas usaram hidrogênio para rastreá-lo indiretamente. "É como colocar tinta em um fluxo de água: a tinta seguirá para onde a água for. A matéria escura gravita, então tem um potencial gravitacional. O gás hidrogênio cai nela, e você o usa como um rastreador da matéria escura. Onde é mais denso, há mais matéria escura. Você pode pensar no hidrogênio como a tinta, e na matéria escura como a água."

O trabalho de Bird e seus colegas faz mais do que apenas monitorar a matéria escura. Em estudos atuais do cosmos, há algumas chamadas "tensões", ou discrepâncias entre observações e previsões teóricas.

É como abrir uma lata de tomates pelados e encontrar bolinhas de gude dentro: com base em suas suposições sobre como o mundo funciona, você esperaria uma coisa, mas, surpreendentemente, os fatos o contradizem. Seu senso comum é equivalente aos modelos teóricos da física: eles o levam a previsões sobre o conteúdo, mas então você olha na lata e fica atordoado.

Duas coisas podem ter acontecido: você tem problemas de visão e aqueles são de fato tomates, ou sua base de conhecimento está errada (talvez você esteja em um país estrangeiro e tenha lido errado o rótulo da lata).

Algo semelhante acontece nos estudos da física do universo. "Uma das tensões atuais é a quantidade de galáxias em pequenas escalas e em redshifts baixos", explica Bird. O universo de redshift baixo é o que está relativamente perto de nós.

"As hipóteses atuais para explicar a discrepância entre observações e expectativas são duas: que existe uma partícula nunca antes vista da qual nada sabemos, ou que algo estranho está acontecendo com buracos negros supermassivos dentro de galáxias. Os buracos negros estão atrofiando o crescimento das galáxias de alguma forma, e assim estão bagunçando nossos cálculos de estrutura."

O trabalho de Bird e seus colegas confirmou a validade da tensão (então, de fato, são bolinhas de gude e não tomates). Também fez algo mais.

"A significância dessa detecção ainda é bem pequena, então ainda não é completamente convincente. Mas se isso se mantiver em conjuntos de dados posteriores, então é muito mais provável que seja uma nova partícula ou algum novo tipo de física, em vez de buracos negros bagunçando nossos cálculos", conclui Bird.

As descobertas foram publicadas no Journal of Cosmology and Astroarticle Physics.