Durante décadas, os cientistas que observavam o céu noturno sabiam que algo estava errado com os seus cálculos. Quando somavam toda a matéria comum no universo, os protões e neutrões que formam estrelas, planetas e pessoas, os números não batiam certo. Apenas cerca de nove por cento desta matéria estava dentro das galáxias. O resto tinha desaparecido.
Agora, uma equipa liderada por investigadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) mapeou finalmente onde se encontra esta matéria escondida. Para a encontrar, não construíram um telescópio ótico maior. Em vez disso, usaram algumas das explosões mais violentas do cosmos.
Estes eventos produzem explosões rápidas de rádio (FRBs). Durando apenas milissegundos, estes clarões incrivelmente brilhantes de energia de rádio originam-se em galáxias distantes. À medida que estes sinais viajam pelo universo, agem como lanternas cósmicas, iluminando os espaços escuros entre os sistemas estelares.
Quando uma FRB viaja pelo espaço, atravessa nuvens de gás extremamente finas. Este encontro altera a luz. Os comprimentos de onda mais curtos e azuis do clarão passam facilmente e chegam primeiro à Terra. Os comprimentos de onda mais longos e vermelhos enfrentam mais resistência e chegam um pouco mais tarde. Ao medir este pequeno atraso, os astrónomos podem calcular exatamente quanta quantidade de gás invisível o clarão atravessou na sua viagem.
"As FRBs brilham através do nevoeiro do meio intergaláctico e, ao medir precisamente como a luz abranda, podemos pesar esse nevoeiro, mesmo quando é demasiado fraco para ser visto", disse Liam Connor, professor assistente na Universidade de Harvard. Para mapear este nevoeiro cósmico, os investigadores do MIT analisaram 2.870 FRBs. Estes clarões foram captados por uma instalação de telescópio de rádio canadiana conhecida como CHIME. A equipa comparou estes clarões com um mapa de mais de seis milhões de galáxias, criado pelo Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) no Arizona.
Os resultados revelaram que a matéria em falta não estava perto das suas galáxias de origem. Em vez disso, estendia-se em nuvens massivas e esparsas, alcançando cerca de quatro milhões de anos-luz no espaço profundo. Esta distância é muito maior do que os modelos de computador previam anteriormente.
"Uma galáxia tem talvez algumas centenas de milhares de anos-luz de diâmetro, e encontrámos matéria em falta até cerca de 4 milhões de anos-luz", disse Kiyoshi Masui, professor associado de física no MIT. "Isso é muito mais longe do que as simulações preveem."
Esta vasta dispersão de gás conta uma história sobre como as galáxias se comportam. Elas não são ilhas de estrelas calmas e contidas. Em vez disso, funcionam como fontes cósmicas massivas. Quando buracos negros supermassivos disparam jatos de energia, ou quando estrelas massivas explodem como supernovas, eles lançam matéria comum para o vazio.
Segundo os investigadores, estes eventos violentos possuem muito mais energia do que se acreditava anteriormente. Eles agem como um sistema de arrefecimento gigante para as galáxias, empurrando a matéria para fora quando as coisas ficam demasiado quentes.
O novo mapa mostra que cerca de 15 por cento da matéria comum do universo flutua nestas nuvens difusas mesmo fora das galáxias. Uma enorme percentagem de 75 por cento flutua nas vastas regiões vazias que separam completamente as galáxias.
"O 'problema da matéria em falta' de décadas nunca foi sobre se a matéria existia", explicou Connor. "Sempre foi: onde está ela? Agora, graças às FRBs, sabemos: três quartos dela está a flutuar entre galáxias na teia cósmica."
Vikram Ravi, professor assistente de astronomia na Caltech, comparou a técnica a olhar para uma silhueta. "É como se víssemos a sombra de todos os bariões, com as FRBs como luz de fundo", disse Ravi. "Se vês uma pessoa à tua frente, podes descobrir muito sobre ela. Mas se vês apenas a sua sombra, ainda sabes que ela está lá e aproximadamente o seu tamanho."
Para os astrónomos, esta descoberta representa uma grande vitória. Usando os clarões de luz mais breves, a humanidade pode finalmente ver a arquitetura invisível que mantém o universo unido.