Figura 1
A diferenciação no Universo aumenta com o tempo. O Universo atual é muito mais complexo e cheio de estrutura que o Universo primordial, que resultava quase totalmente homogêneo, e se assim não fosse nem poderiamos estar falando dele, já que nosso próprio ambiente é um mundo sólido dos quais deve haver trilhões. O cubo vermelho aponta para a época da formação de estrutura que discutiremos. O cubo branco seguinte se refere ao máximo observado na formação de quasares e galáxias normais, mas já sabemos que há estruturas jovens já em z = 15, muito cedo na história cósmica.
Figura 2
Uma fatia do levantamento SDSS que contém 13 bilhões de galáxias [6[6] K. Abazajian, J.K. Adelman-McCarthy, M.A. Agüeros, S.S. Allam, K. Anderson, S.F. Anderson, J. Annis, N.A. Bahcall, I.K. Baldry, S. Bastian et al., Astron. Jour. 128, 502 (2004)., 7[7] J. Huchra, M. Davis, D. Latham e J. Tonry, Astrophys. Jour. 253, 423 (1982).], mostrando a distribuição das galáxias em larga escala, até . Este gráfico representa as galáxias de todos os tipos, que se associam em aglomerados, super-aglomerados, vazios e filamentos, alguns visíveis a olho nu. O levantamento completo cobre uma fração aproximada de 1/20 do Universo observável.
Figura 3
A curva de rotação da Via Láctea obtida com a observação das variáveis cefeidas clássicas, observadas até distâncias bastante grandes, longe do centro galáctico. A rotação kepleriana predita pela contagem de matéria deveria produzir uma queda na curva de rotação à direita da figura. Mas as observações de aglomerados e outros marcadores mostram que a velocidade de rotação se mantém quase constante a grandes distâncias do centro. A linha pontilhada em azul seria o esperado segundo a matéria visível, em claro conflito com as observações. (OGLE Collaboration,
http://ogle.astrouw.edu.pl/cont/4_main/str/rotat_curv/).
Figura 4
Uma analogia simples para o processo de formação de estrutura. As flutuações na densidade de comprimento na matéria escura (tecido preto) estão presentes já que esta não interagia com os fótons e estes não as apagaram. Assim, estas crescem e formam “poças” de potencial gravitacional (a). A matéria bariônica ordinária (representada pela água em (b)), cai nas poças atraída por estas e aglomera, formando as galáxias e grupos de galáxias, ou mais exatamente, o que vemos delas, segundo a imagem em (c).
Figura 5
Representação pictórica do processo de instabilidade gravitacional. Regiões inicialmente mais densas atrairão mais fortemente a matéria ao redor do que regiões menos densas, aumentando a diferença de densidade entre as diferentes regiões. Este processo é o principal responsável pelos filamentos e espaços vazios observados no Universo.
Figura 6
Perturbações na superfície do mar levam a existência de ondas em várias escalas de comprimento, desde aquelas que quebram na praia até pequenas ondulações de . Medindo o padrão de flutuações poderíamos, em princípio, reconstruir os processos que produziram essa distribuição. É exatamente isto que é feito quando estudamos a estrutura do Universo.
Figura 7
Resultados medidos do espectro de potência da estrutura do Universo utilizando amostras de galáxias do SDSS (preto), o RCF (verde) e outros métodos. O eixo horizontal é o número de onda em unidades da constante de Hubble sem dimensões . A identidade das flutuações na RCF (verde) e na matéria é evidente perto do máximo, tal como era esperado da teoria (Créditos: M. Tegmark et al. [12[12] M. Tegmark, M.A. Strauss, M.R. Blanton, K. Abazajian, S. Dodelson, H. Sandvik, X. Wang, D.H. Weinberg, I. Zehavi, N.A. Bahcall et al., Phys. Rev. D 69, 103501 (2004).]).
Figura 8
Dois exemplos de galáxias detectadas pelo telescópio JWST que se formaram somente 500 milhões de anos depois do Big Bang. Estas galáxias não deveriam existir segundo o cenário hierárquico, mas estão aí e têm massas muito grandes, muito além do esperado. Não é claro até que ponto isto descarta a formação pela fusão de “blocos” de cada, embora este processo parece agora mais improvável (Créditos: JWST e I. Labbé et al. [13[13] I. Labbé, P. Dokkum, E. Nelson, R. Bezanson, K.A. Suess, J. Leja, G. Brammer, K. Whitaker, E. Mathews, M. Stefanon et al., Nature 616, 266 (2023).]).
Figura 9
A correlação entre a massa do buraco negro central com a chamada dispersão de velocidades das estrelas na região central faz pensar que a formação foi simultânea. Note-se que alguns buracos negros devem ter até 10 bilhões de massas solares, ou seja, algo como 10% da massa da Via Láctea concentrada em uma região minúscula [10[10] J.E. Horvath, G. Lugones, M. Porto, S. Scarano e R. Teixeira, Cosmologia Física (Livraria da Física, São Paulo, 2006).].
Figura 10
A “sombra” do buraco negro supermassivo no centro da galáxia próxima M87, obtida pelo Event Horizon Telescope. Um “mosaico” de dados de vários telescópios em lugares distantes da Terra foi composto para mostrar a chamada “sombra” do objeto central. Isto é possível somente para algumas galáxias muito próximas, mas mostra diretamente a presença dessa massa central (Créditos: EHT Team).
Figura 11
Uma imagem pictórica da Grande Muralha de Hércules-Corona Borealis, uma associação de uma escala comparável à do Universo observado. A suposição de isotropia e homogeneidade do Princípio Cosmológico é contestada baseada neste tipo de estrutura “que não poderia existir”.
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