Um mapa gigantesco do Universo está revelando fenômenos invisíveis no espaço

Lentes gravitacionais são fenômenos previstos pela relatividade geral em que a gravidade de um objeto massivo curva o espaço-tempo e desvia a luz de objetos mais distantes. Esse efeito pode ampliar, distorcer ou produzir múltiplas imagens de uma mesma fonte, funcionando como uma lente natural.

A matéria escura é um exemplo que pode ser estudado com lentes gravitacionais. Sua distribuição pode ser investigada porque a curvatura da luz depende da massa total ao longo da linha de visão, incluindo a matéria escura. Assim, o mapeamento dessas distorções permite estimar onde essa matéria está concentrada.

Com dados do DESI Legacy Imaging Surveys e o auxílio de inteligência artificial, uma equipe internacional identificou 70 novas lentes gravitacionais. O levantamento reúne imagens de grandes regiões do céu e permite localizar alinhamentos entre galáxias que atuam como lentes e fontes mais distantes.

Lentes gravitacionais

Lentes gravitacionais são fenômenos previstos pela teoria da relatividade geral de Albert Einstein, segundo a qual objetos massivos deformam o espaço-tempo e desviam a trajetória da luz. Quando uma galáxia ou um aglomerado de galáxias fica alinhado entre a Terra e um objeto distante, sua gravidade amplia, distorce ou multiplica a imagem da fonte.

Existem diferentes configurações de lentes gravitacionais, dependendo da massa do objeto, da distância entre os corpos e do alinhamento entre eles. A análise dessas distorções permite estimar a massa do objeto que atua como lente, incluindo a contribuição da matéria escura.

Colaboração DESI

O Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) é um instrumento projetado para mapear a distribuição tridimensional de milhões de galáxias e quasares. O DESI Legacy Imaging Surveys, usado na busca por lentes gravitacionais, reúne imagens ópticas e no infravermelho próximo de grandes regiões do céu.

As distorções na luz revelam a massa total de um sistema, incluindo a matéria escura. Como essa matéria não emite nem absorve luz, sua distribuição precisa ser inferida por seus efeitos sobre a matéria visível e a geometria do espaço-tempo.

Maior mapa 2D

O maior mapa bidimensional do Universo reúne 5,6 trilhões de pixels e quase 4 bilhões de objetos celestes. Ele foi construído a partir de dados de três levantamentos terrestres complementado por observações infravermelhas. A combinação de imagens profundas e de grandes regiões do céu criou uma base de dados extensa.

Para localizar essas lentes, os pesquisadores usaram redes neurais, um modelo de aprendizado de máquina treinado para reconhecer padrões nas imagens. O modelo permitiu filtrar candidatos promissores e acelerar a identificação dos sistemas. Os resultados foram direcionados para observações com telescópios.

Lentes gravitacionais confirmadas

A busca com inteligência artificial identificou 76 candidatos a lentes gravitacionais nas imagens do DESI Legacy Imaging Surveys, mas a classificação inicial precisava ser confirmada por observações adicionais. Para verificar cada sistema, os astrônomos determinaram as distâncias.

A equipe usou o instrumento MUSE para analisar os candidatos. O MUSE emprega espectroscopia, técnica que registra um espectro para cada região da imagem, combinando informações espaciais e espectrais. Ao final, 70 dos 76 candidatos foram confirmados como lentes gravitacionais.