Um novo mapa de matéria escura no universo local revela várias estruturas filamentares atéentão desconhecidas conectando gala¡xias. O mapa, desenvolvido por meio de aprendizado de ma¡quina por uma equipe internacional que inclui um astrofisico da Penn State, pode permitir estudos sobre a natureza da matéria escura, bem como sobre a história e o futuro de nosso universo local.

A matéria escura éuma substância indescrita­vel que constitui 80% do universo . Tambanãm fornece o esqueleto para o que os cosmologistas chamam de teia ca³smica, a estrutura em grande escala do universo que, devido a  sua influaªncia gravitacional, dita o movimento das gala¡xias e de outros materiais ca³smicos. No entanto, a distribuição da matéria escura local éatualmente desconhecida porque não pode ser medida diretamente. Os pesquisadores devem, em vez disso, inferir sua distribuição com base em sua influaªncia gravitacional em outros objetos no universo, como gala¡xias.

"Ironicamente, émais fa¡cil estudar a distribuição da matéria escura muito mais longe porque ela reflete o passado muito distante, que émuito menos complexo", disse Donghui Jeong, professor associado de astronomia e astrofa­sica da Penn State e autor correspondente do estudo . "Com o tempo, conforme a estrutura em grande escala do universo cresceu, a complexidade do universo aumentou, então éinerentemente mais difa­cil fazer medições sobre a matéria escura localmente."

As tentativas anteriores de mapear a teia ca³smica começam com um modelo do universo primordial e então simularam a evolução do modelo ao longo de bilhaµes de anos. No entanto, este manãtodo écomputacionalmente intensivo e atéagora não foi capaz de produzir resultados detalhados o suficiente para ver o universo local. No novo estudo, os pesquisadores adotaram uma abordagem completamente diferente, usando aprendizado de ma¡quina para construir um modelo que usa informações sobre a distribuição e o movimento das gala¡xias para prever a distribuição da matéria escura.

Os pesquisadores construa­ram e treinaram seu modelo usando um grande conjunto de simulações de gala¡xias, chamado Illustris-TNG, que inclui gala¡xias, gases, outras matérias visa­veis, bem como matéria escura. A equipe selecionou especificamente gala¡xias simuladas compara¡veis ​​a s da Via La¡ctea e finalmente identificou quais propriedades das gala¡xias são necessa¡rias para prever a distribuição da matéria escura.

“Quando recebe certas informações, o modelo pode essencialmente preencher as lacunas com base no que foi examinado antes”, disse Jeong. "O mapa de nossos modelos não se ajusta perfeitamente aos dados de simulação, mas ainda podemos reconstruir estruturas muito detalhadas. Descobrimos que incluir o movimento das gala¡xias - suas velocidades radiais peculiares - além de sua distribuição melhorou drasticamente a qualidade do mapa e nos permitiu ver esses detalhes. "

A equipe de pesquisa então aplicou seu modelo a dados reais do universo local do cata¡logo de gala¡xias Cosmicflow-3. O cata¡logo contanãm dados abrangentes sobre a distribuição e o movimento de mais de 17 mil gala¡xias nas proximidades da Via La¡ctea - dentro de 200 megaparsecs. O mapa resultante da teia ca³smica local foi publicado em um artigo publicado online em 26 de maio no Astrophysical Journal .

O mapa reproduziu sucessivamente estruturas conhecidas proeminentes no universo local, incluindo a 'folha local' - uma regia£o do espaço contendo a Via La¡ctea, gala¡xias próximas no 'grupo local' e gala¡xias no aglomerado de Virgem - e o 'vazio local' —Uma regia£o de espaço relativamente vazia próxima ao grupo local. Além disso, ele identificou várias novas estruturas que requerem investigação adicional, incluindo estruturas filamentosas menores que conectam gala¡xias.

"Ter um mapa local da teia ca³smica abre um novo capa­tulo do estudo cosmola³gico", disse Jeong. "Podemos estudar como a distribuição da matéria escura se relaciona com outros dados de emissão, o que nos ajudara¡ a entender a natureza da matéria escura. E podemos estudar essas estruturas filamentares diretamente, essas pontes ocultas entre gala¡xias."

Por exemplo, foi sugerido que as gala¡xias da Via La¡ctea e de Andra´meda podem estar se movendo lentamente uma em direção a  outra, mas se elas podem colidir em muitos bilhaµes de anos ainda não estãoclaro. O estudo dos filamentos de matéria escura conectando as duas gala¡xias pode fornecer informações importantes sobre seu futuro.

"Como a matéria escura domina a dina¢mica do universo, ela basicamente determina nosso destino", disse Jeong. "Portanto, podemos pedir a um computador para evoluir o mapa por bilhaµes de anos para ver o que acontecera¡ no universo local . E podemos evoluir o modelo de volta no tempo para compreender a história de nossa vizinhana§a ca³smica."

Os pesquisadores acreditam que podem melhorar a precisão de seu mapa adicionando mais gala¡xias. Pesquisas astrona´micas planejadas, por exemplo usando o Telescópio Espacial James Web, poderiam permitir que eles adicionassem gala¡xias fracas ou pequenas que ainda não foram observadas e gala¡xias que estãomais distantes.