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Lenteamento Fraco

A luz de galáxias distantes é ser defletida ao passar por um objeto massivo que esteja no caminho, como por exemplo uma galáxia ou um aglomerado de galáxias. A deflexão da luz dessas fontes distantes leva a deformações nas suas imagens observadas, ao que chamamos de lenteamento gravitacional. O termo faz uma analogia com o efeito de uma lente, a qual também deflete a trajetória da luz. Mas, no caso presente, a causa da deflexão é a concentração de matéria, e não a de material refrator.

lenteamento_01 — **Figura 1** – Exemplo do efeito de lenteamento forte produzido por um aglomerado de galáxias. Crédito da imagem: NASA/STScI

Dependendo do grau de distorção produzido nas imagens, o efeito de lenteamento é dito forte ou fraco. No lenteamento forte formam-se longos arcos gravitacionais ou imagens múltiplas de uma mesma fonte (ver Figura 1). Ele ocorre quando a luz da fonte passa a uma distância menor do que um valor crítico do objeto massivo (ou lente). Esse tipo de alinhamento é considerado raro no universo.

O lenteamento fraco leva a pequenas deformações (da ordem de 2%) nas imagens das galáxias (ver Figura 2). Essas deformações ocorrem a distâncias maiores das lentes e se aplicam, portanto, a um número muito maior de fontes. Medir essas pequenas deformações causadas pelas grandes estruturas do Universo exige então uma grande amostra, contendo milhões de galáxias, como foi proporcionado pelo DESEm uma analogia, medir o efeito de lenteamento fraco é como tentar ouvir alguém conversando em meio à comemoração de um gol em um estádio de futebol.

O estudo do efeito de lenteamento fraco em torno de estruturas a diferentes redshifts permite então determinar como se deu o crescimento dessas estruturas com o tempo, o que novamente remete ao cabo de guerra entre a gravidade atrativa (provocada pela matéria bariônica e escura) e o efeito repulsivo da energia escura.

Note que o efeito de lente é causado por toda a matéria presente na lente gravitacional. Então este efeito permite determinar, por exemplo, a massa total (de átomos e de matéria escura) de um aglomerado de galáxias.

Novamente, simulações envolvendo vários modelos de universo ajudam a mostrar os efeitos de lenteamento observados com o DES, e a avaliar quais os parâmetros físicos que corretamente descrevem o cosmos.

lenteamento_02 — **Figura 2** – Exemplo de lenteamento fraco produzido por um aglomerado de galáxias na forma das galáxias mais distantes. O painel esquerdo superior mostra a projeção no plano do céu das formas das galáxias do aglomerado (em amarelo) e das galáxias de fundo (mais distantes, em branco) ignorando o efeito de lenteamento. O painel inferior direito mostra este mesmo cenário porem incluindo o efeito de lenteamento. O que se percebe é que as galáxias situadas atrás do aglomerado aparecem “esticadas” tangencialmente ao redor do aglomerado. O painel central mostra a distribuição em 3 dimensões das posições do aglomerado e das galáxias distantes. Crédito da imagem: Michael Sachs

Alguns dos resultados envolvendo análises de lenteamento fraco podem ser vistos nas publicações:

The DES Science Verification Weak Lensing Shear Catalogs – arXiv
Redshift distributions of galaxies in the DES Science Verification shear catalogue and implications for weak lensing – arXiv
Weak lensing by galaxy troughs in DES Science Verification data – MNRAS
Em particular, o artigo Wide-Field Lensing Mass Maps from Dark Energy Survey Science Verification Data (PRD) apresenta uma mapa da distribuição de matéria escura feito para uma porção da região do levantamento DES (ver Figura 3 e notícia).

Dark_Matter_Map_IV — **Figura 3** – Este é o primeiro mapa Dark Energy Survey para rastrear a distribuição detalhada da matéria escura através de uma grande área do céu. A escala de cores representa a densidade de massa projetada: amarelo e vermelho são as regiões com matéria mais densa. Os mapas de matéria escura estão em conformidade com o quadro atual da distribuição de massa no Universo onde grandes filamentos de matéria alinham-se com as galáxias e aglomerados de galáxias. Os aglomerados de galáxias são mostrados pelos pontos cinzentos no mapa – pontos maiores representam aglomerados maiores. Crédito da imagem: Dark Energy Survey

Recentemente foram publicados os resultados da análise dos dados coletados nos três primeiros anos de observação. Todas as publicações podem ser encontradas em https://www.darkenergysurvey.org/des-year-3-cosmology-results-papers. O resultado mais importante foi obtido a partir da combinação de medidas da distribuição de galáxias e de lenteamento fraco e pode se visto em: https://arxiv.org/pdf/2105.13549.pdf.