Uma luz emitida quando o Universo tinha apenas cerca de 380 mil anos está permitindo aos cientistas reconstruir a distribuição de matéria encontrada bilhões de anos depois.
Pesquisadores da colaboração do Telescópio do Polo Sul (SPT) apresentaram uma nova reconstrução do efeito de lente gravitacional sobre a radiação cósmica de fundo em micro-ondas. O resultado é o mapa desse tipo com maior relação sinal-ruído por modo obtida até agora, oferecendo uma das medições mais precisas de como a matéria se distribui em grandes escalas.
O trabalho, liderado por Yuuki Omori, da Universidade de Chicago, foi disponibilizado no arXiv em 31 de agosto de 2026 e utiliza observações realizadas em 2019 e 2020 com a terceira geração de instrumentos do telescópio, o SPT-3G. A região analisada cobre aproximadamente 1.500 graus quadrados do céu.
Embora seja comum descrever o resultado como um “mapa da massa do Universo”, ele não representa literalmente toda a matéria existente em todo o céu. Trata-se de uma reconstrução da distribuição de matéria ao longo das linhas de visão da região observada, obtida a partir das pequenas distorções que essa matéria produziu na radiação cósmica de fundo.
A radiação cósmica de fundo em micro-ondas é a luz mais antiga que podemos observar diretamente. Ela foi liberada aproximadamente 380 mil anos depois do Big Bang, quando o Universo esfriou o suficiente para que a luz pudesse viajar livremente.
Desde então, esses fótons atravessam o cosmos.
Durante a viagem, porém, sua trajetória é ligeiramente desviada pela gravidade da matéria encontrada pelo caminho. Galáxias, aglomerados de galáxias e, principalmente em termos de massa, a matéria escura contribuem para essas pequenas distorções.
O fenômeno é conhecido como lente gravitacional da radiação cósmica de fundo.
Ao medir cuidadosamente essas alterações, os cosmólogos conseguem trabalhar no sentido inverso e reconstruir onde a matéria responsável pelos desvios está distribuída.
É como observar uma imagem através de um vidro levemente deformado e utilizar as distorções para descobrir o formato do próprio vidro.
Os dados foram obtidos pelo Telescópio do Polo Sul, instalado na Estação Amundsen-Scott, na Antártida.
O local possui algumas das melhores condições da Terra para observações em comprimentos de onda milimétricos. A atmosfera extremamente fria e seca reduz a quantidade de vapor d’água, que interfere nesse tipo de medição.
O SPT-3G observa o céu em diferentes frequências e registra tanto a temperatura quanto a polarização da radiação cósmica de fundo.
Para o novo trabalho, os pesquisadores combinaram informações de temperatura e dos chamados modos de polarização E e B para reconstruir o campo de lente gravitacional. Em determinadas escalas, o novo mapa é dominado pelas informações provenientes da polarização, contribuindo para sua elevada sensibilidade.
Uma das aplicações mais importantes da reconstrução é medir o chamado crescimento das estruturas cósmicas.
O Universo primordial era extremamente uniforme, mas apresentava pequenas diferenças de densidade. Sob a ação da gravidade, regiões ligeiramente mais densas acumularam cada vez mais matéria.
Ao longo de bilhões de anos, esse processo contribuiu para a formação da extensa rede cósmica de galáxias, aglomerados e filamentos observada atualmente.
Determinar quanto a matéria se agrupou em diferentes épocas permite testar se essa evolução ocorreu da maneira prevista pelo modelo cosmológico padrão.
No novo trabalho, a amplitude da lente gravitacional medida pelo SPT-3G mostrou-se consistente, com precisão de aproximadamente 2%, com a previsão do modelo cosmológico ΛCDM ajustado a dados combinados do Planck, do Telescópio Cosmológico do Atacama e do próprio SPT-3G.
Isso significa que, até o nível de precisão alcançado nesta análise, o novo mapa não revela uma ruptura clara com o modelo cosmológico padrão.
Há uma característica particularmente poderosa nesse método: a gravidade não depende de a matéria emitir luz para revelar sua presença.
Por isso, a lente gravitacional é sensível tanto à matéria comum quanto à matéria escura, que não pode ser observada diretamente por telescópios convencionais.
O mapa, portanto, não mostra simplesmente onde estão as galáxias. Ele reconstrói a distribuição da massa total que produziu as distorções gravitacionais na radiação cósmica de fundo.
Quando essas medições são combinadas com levantamentos de galáxias, como o Dark Energy Survey, os pesquisadores conseguem comparar a distribuição da matéria observável com a distribuição total de massa.
A análise combinada apresentada no novo trabalho obteve S₈ = 0,811 ± 0,011, alcançando uma precisão de aproximadamente 1,4% sobre a amplitude do agrupamento da matéria no Universo recente.
O mapa também pode ajudar a investigar algumas das partículas mais difíceis de estudar da física: os neutrinos.
Embora interajam muito pouco com a matéria comum, neutrinos possuem massa e participam da evolução das estruturas cósmicas. Seu movimento rápido no Universo primordial dificulta a concentração de matéria em determinadas escalas.
Por isso, medir com grande precisão como a matéria se agrupou permite estabelecer limites para a soma das massas dos diferentes tipos de neutrinos.
Combinando os novos dados de lente gravitacional com outras medições cosmológicas, incluindo resultados do DESI, a equipe obteve um limite de menos de 0,072 elétron-volt para a soma das massas dos neutrinos, dentro das hipóteses adotadas no modelo ΛCDM.
Esse resultado não corresponde a uma medição direta da massa de cada neutrino. É uma restrição cosmológica que depende do modelo e da combinação dos diferentes conjuntos de dados.
Existe ainda outra aplicação importante.
Experimentos instalados no Polo Sul, como o BICEP/Keck, procuram um padrão específico na polarização da radiação cósmica de fundo que poderia ter sido produzido por ondas gravitacionais primordiais.
Essas ondas são previstas em muitos modelos de inflação cósmica, período hipotético de expansão extremamente acelerada nos primeiros instantes do Universo.
O problema é que a lente gravitacional produz modos B de polarização que podem mascarar um eventual sinal primordial.
Um mapa extremamente preciso das lentes gravitacionais permite estimar e remover parte dessa contaminação, processo conhecido como delensing, aumentando a sensibilidade da busca pelo sinal primordial.
Isso não significa que ondas gravitacionais produzidas durante a inflação tenham sido detectadas. O novo mapa funciona como uma ferramenta para tornar essa procura mais precisa.
O resultado divulgado agora utiliza somente as observações de 2019 e 2020 do campo principal do SPT-3G.
A colaboração possui um conjunto de dados muito maior em análise. O SPT-3G vem realizando observações de uma área de aproximadamente 10 mil graus quadrados, cerca de um quarto de todo o céu.
Com mais anos de observações, os pesquisadores esperam produzir reconstruções ainda mais precisas da distribuição da matéria.
O mapa atual já permite acompanhar as marcas deixadas pela gravidade sobre uma luz que atravessou praticamente toda a história do cosmos. As próximas análises deverão ampliar essa capacidade, transformando a radiação mais antiga observável em uma ferramenta cada vez mais precisa para investigar como o Universo adquiriu a estrutura que vemos hoje.
Sobre a Imagem: Os dados obtidos pelo Telescópio do Polo Sul, acima, revelaram novas informações sobre a história do universo. Créditos da Imagem: Daniel Michalik.