Quipu: a maior superestrutura do Universo com 200 quatrilhões de massas solares

Compreender o Universo é possível sem conhecer as maiores estruturas que existem dentro dele? Em teoria, dificilmente.

Na prática, não. Objetos gigantescos conseguem enviesar - e até distorcer - a forma como interpretamos o cosmos.

Astrónomos identificaram a maior estrutura do Universo já encontrada até agora, batizada de Quipu, em referência a um sistema de registo e medição inca. A estimativa é de uma massa impressionante de 200 quatrilhões de massas solares.

Na astronomia, números astronómicos são parte do quotidiano. Ainda assim, 200 quatrilhões é tão extremo que raramente aparece mesmo em discussões científicas.

A superestrutura Quipu em números (massa e dimensão)

E, se a massa não for suficiente para chamar a atenção, o tamanho certamente é. Classificado como uma superestrutura, o Quipu tem mais de 400 megaparsecs de extensão - isto é, mais de 1,3 mil milhões de anos-luz.

Uma estrutura com essa escala inevitavelmente influencia o que existe à sua volta, e entender essas consequências é essencial para interpretar o Universo. Investigação recente indica que analisar o Quipu e outras superestruturas pode esclarecer como as galáxias evoluem, ajudar a refinar modelos cosmológicos e aumentar a precisão de medições usadas em cosmologia.

O estudo, intitulado "Revelando as maiores estruturas no Universo próximo: descoberta da superestrutura Quipu", foi aceite para publicação na revista Astronomia e Astrofísica. O autor principal é Hans Böhringer, do Instituto Max Planck.

"Para uma determinação precisa dos parâmetros cosmológicos, precisamos entender os efeitos da estrutura local em grande escala do Universo sobre as medições", escrevem os autores.

"Eles incluem modificações do fundo cósmico de micro-ondas, distorções de imagens do céu por lenteamento gravitacional em grande escala e a influência de movimentos de escoamento em grande escala nas medições da constante de Hubble."

Superestruturas são formações enormes que reúnem grupos de aglomerados de galáxias e superaglomerados. Pela quantidade de massa envolvida, elas colocam à prova a nossa compreensão de como o Universo evoluiu - e algumas são tão massivas que entram em conflito com modelos de evolução cosmológica.

O Quipu é a maior estrutura já catalogada. Ele e outras quatro superestruturas identificadas pelos investigadores concentram 45% dos aglomerados de galáxias, 30% das galáxias, 25% da matéria e ocupam uma fração de volume de 13%.

O nome escolhido também tem lógica visual. Os quipus eram dispositivos de registo feitos com cordões e nós, nos quais os nós carregavam informação conforme cor, ordem e quantidade.

"Esta visão dá a melhor impressão da superestrutura como um longo filamento com pequenos filamentos laterais, o que deu origem ao nome Quipu", explicam os autores no artigo.

Como o Quipu foi identificado (CLASSIX e aglomerados em raios X)

No trabalho, Böhringer e os seus colaboradores localizaram o Quipu e mais quatro superestruturas num intervalo de distâncias entre 130 e 250 Mpc. Para isso, recorreram a aglomerados de galáxias observados em raios X, usados para identificar e analisar as superestruturas no levantamento Estrutura Cósmica em Grande Escala em Raios X (CLASSIX).

Aglomerados de galáxias em raios X podem conter milhares de galáxias e uma grande quantidade de gás intraglomerado extremamente quente, que emite raios X. Essas emissões são decisivas para mapear a massa das superestruturas: os raios X delineiam as regiões mais densas de concentração de matéria e a teia cósmica subjacente. Na prática, funcionam como “marcos” para reconhecer superestruturas.

Os autores destacam que "a diferença na densidade de galáxias em torno de aglomerados de campo e de membros de superestruturas é notável". Segundo eles, isso pode acontecer porque os aglomerados de campo podem ser compostos por aglomerados menos massivos do que os presentes na superestrutura, e não necessariamente porque teriam uma densidade de galáxias inferior.

O impacto das superestruturas nas medições cosmológicas (FCM, constante de Hubble e lenteamento)

Seja qual for a causa dessas diferenças, a massa colossal dessas superestruturas exerce uma influência enorme sobre a nossa capacidade de observar, medir e interpretar o cosmos. "Essas grandes estruturas deixam a sua marca nas observações cosmológicas", escrevem os autores.

Uma dessas marcas aparece no Fundo Cósmico de Micro-ondas (FCM), a radiação remanescente da Grande Explosão e uma evidência central em favor desse evento. As propriedades do FCM correspondem às previsões teóricas com precisão quase “cirúrgica”.

A gravidade das superestruturas modifica o FCM quando a radiação atravessa essas regiões, de acordo com o efeito Sachs–Wolfe Integrado (ISW), gerando flutuações no sinal. O problema é que essas variações atuam como artefactos de primeiro plano difíceis de filtrar, o que introduz interferências na leitura do FCM e, por consequência, na nossa interpretação da Grande Explosão.

As superestruturas também podem afetar medições da constante de Hubble, um valor fundamental que descreve a velocidade de expansão do Universo. Embora as galáxias se afastem umas das outras devido à expansão, elas também possuem velocidades locais - chamadas de velocidades peculiares ou movimentos de escoamento.

Para medir a expansão de forma limpa, é necessário separar esses movimentos locais do efeito da expansão. Porém, a enorme massa das superestruturas influencia esses movimentos de escoamento e, assim, distorce as estimativas da constante de Hubble.

A investigação acrescenta ainda que essas formações massivas podem alterar e deformar imagens do céu por meio de lenteamento gravitacional em grande escala, o que também pode introduzir erros nas medições.

Por outro lado, simulações do modelo Lambda CDM conseguem produzir superestruturas como o Quipu e as outras quatro encontradas. O Lambda CDM é o nosso modelo padrão de cosmologia da Grande Explosão e explica grande parte do que observamos no Universo, incluindo a sua estrutura em grande escala.

"Encontramos superestruturas com propriedades semelhantes em simulações baseadas em modelos cosmológicos Lambda-CDM", escrevem os autores.

Fica claro, portanto, que essas superestruturas são peças-chave para entender o Universo: elas retêm uma parcela significativa da matéria e afetam os arredores de maneiras fundamentais. Ainda assim, é necessário aprofundar os estudos para compreender melhor essas entidades e o alcance da sua influência.

"Uma pesquisa de acompanhamento interessante sobre os nossos resultados inclui, por exemplo, estudos da influência desses ambientes sobre a população e a evolução de galáxias", escrevem os autores.

O estudo também ressalta que essas superestruturas não serão permanentes. "Na evolução cósmica futura, essas superestruturas estão destinadas a se fragmentar em várias unidades em colapso. Portanto, são configurações transitórias", explicam Böhringer e os seus coautores.

"Mas, no presente, elas são entidades físicas especiais, com propriedades características e ambientes cósmicos especiais que merecem atenção especial."

Este artigo foi publicado originalmente pelo Universo Hoje. Leia o artigo original.

Uma versão anterior deste artigo foi publicada em fevereiro de 2025.