Obteve a Licenciatura em Física/Matemática Aplicada - ramo de Astronomia pela Universidade do Porto em 1992, o Mestrado em Astronomia pela Universidade de Sussex (Reino Unido) em 1993, e o Ph.D. pela Universidade de Sussex em 1996 (com equivalência ao grau de Doutor pela Universidade do Porto em 1998).
Entre os seus interesses de investigação encontra-se o desenvolvimento e a aplicação de testes que permitam identificar os processos que levaram à formação e evolução das estruturas em larga escala no Universo, por comparação com as observações presentemente disponíveis, a formação e evolução de galáxias e enxames de galáxias e a aplicação de métodos perturbativos e estatísticos a problemas no âmbito da cosmologia.

Fez parte da equipa que anunciou recentemente a descoberta do mais distante enxame de galáxias alguma vez encontrado, o XMMXCS 2215-1738.

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Pedro Viana
“Uma galáxia elíptica gigante cresce por canibalismo de galáxias mais pequenas.”

O que é que o enxame de galáxias agora descoberto está ali a fazer?
O desenvolvimento das estruturas em larga escala no Universo provavelmente decorreu de modo hierárquico: o máximo na taxa de formação dum dado tipo de estrutura terá ocorrido tanto mais cedo na história do Universo quanto menor fôr a escala associada a essa estrutura. Assim, a taxa de formação de pequenas galáxias terá sido a que primeiro atingiu um máximo, seguida da associada a galáxias maiores, passando pela dos pequenos grupos de galáxias até chegarmos à dos grandes enxames de galáxias. No decorrer deste processo uma fracção substancial das estruturas existentes num dado momento terá acabado por ser incorporada nas estruturas maiores então em crescimento. Segundo esta hipótese, que é a que melhor permite interpretar as observações disponíveis, os grandes enxames de galáxias serão assim estruturas relativamente recentes: a sua taxa de formação só no último terço da história do Universo, há cerca de 5 mil milhões, se terá aproximado do seu eventual máximo. Portanto, o enxame de galáxias descoberto terá sido um tipo de estrutura muito rara na altura em que o observamos, há quase 10 mil milhões de anos atrás, quando o Universo existia apenas há pouco mais de 4 mil milhões de anos. Hoje, esse enxame de galáxias será uma das mais antigas estruturas desse tipo existente no Universo.

Se o XMMXCS 2215-1738 nasceu quando o Universo tinha 4,5 mil milhões de anos, um terço da sua idade actual, o que se passa a 14 mil milhões de anos-luz de nós?
O enxame de galáxias XMMXCS 2215-1738 pode não ter nascido na altura em que o observamos, podendo ser um pouco mais antigo. De qualquer modo, estruturas como uma galáxia, um grupo ou enxame de galáxias, não nascem num momento bem definido mas vão evoluindo e acretando matéria de modo contínuo, se bem que irregular.

E mais além?
Quanto mais longínquas estiverem as estruturas que observamos, mais recuada é a época na história do Universo em que as observamos. A dada altura, talvez a mais de 13 mil milhões de anos-luz de distância, deixaremos de conseguir detectar qualquer tipo de estrutura. Estaremos a observar o Universo numa época tão recuada que ele existia então há umas poucas centenas de milhões de anos, não tendo havido até então tempo para ser formar mesmo que apenas pequenas galáxias. No entanto, hoje em dia conseguimos obter informação sobre o Universo tal como ele era quando existia apenas há cerca de 500 mil anos, através do estudo das propriedades da radiação cósmica de fundo nas microndas, que teve origem nessa época. Nunca conseguiremos detectar radiação electromagnética vinda de mais longe. A recolha directa de informação sobre o estado do Universo quando ele era ainda recém-nascido, terá que ser feita ou através da detecção de ondas gravitacionais ou dos neutrinos então produzidos.

Como é que um cluster de galáxias tão grande se formou tão cedo na vida do Universo?
As estruturas em larga escala, como os enxames de galáxias, não se formam todas ao mesmo tempo, ainda que sejam do mesmo tipo. O ritmo a que se formam é de início reduzido, aumentando lentamente com o tempo até atingir um máximo, diminuindo depois de modo igualmente lento. Portanto, apesar da formação de tão grande enxame de galáxias na época em que ocorreu ter sido um evento de probabilidade reduzida, não era de todo impossível.

O que se passou neste enxame desde o seu nascimento?
Um enxame de galáxias não nasce num momento bem preciso no tempo, mas vai antes evoluindo e crescendo à medida que vai acretando através da imensa força gravitacional que exerce, galáxias e outra matéria que dele se aproxime. Ao longo da sua evolução é possível constatar profundas alterações no seu interior, em particular na população de galáxias que alberga. Devido à elevada densidade de galáxias num enxame, estas colidem frequentemente, mudando de morfologia no processo ou mesmo fundindo-se. Uma das consequências mais evidentes destas interacções é o aparecimento de uma galáxia elíptica gigante no centro do enxame, que cresce literalmente por canibalismo de galáxias mais pequenas que dela se aproximem demasiado.

A Matéria Escura, é matéria que emite pouca radiação ou é constituída por partículas ainda desconhecidas?
A hipótese da existência de matéria escura foi pela primeira vez seriamente considerada no início da década de 70 do século passado. Tal deveu-se à necessidade de explicar a elevada velocidade orbital das estrelas mais exteriores observadas quer na galáxia que habitamos quer noutras. Tais velocidades não eram compatíveis com a escassa matéria, sob a forma de estrelas e meio interestelar, detectada nessas regiões devido ao facto de emitir ou absorver radiação electromagnética. A hipótese mais simples para explicar essas velocidades é a de que existe uma grande quantidade de matéria nessas regiões que não é detectável através da sua interacção com a radiação electromagnética, daí a designação porque passou a ser conhecida: matéria escura. Até hoje não sabemos o que constitui a maior parte da matéria escura. No entanto, ao longo da última década tem-se conseguido, através de dados observacionais, tornar cada vez mais improvável que essa matéria escura seja constituída por objectos que emitem muito pouca ou nenhuma radiação, como anãs brancas e castanhas, estrelas de neutrões e buracos negros. É hoje cada vez mais plausível a hipótese de que a matéria escura seja constituída por partículas elementares ainda desconhecidas.