Natureza fractal do agrupamento de galáxias no catálogo de redshifts atualizado do CfA

Por que o céu noturno é escuro, mas não vazio

Olhe para cima numa noite clara e você verá estrelas dispersas, uma faixa esbranquiçada da Via Láctea e talvez um leve borrão de outra galáxia. Ainda assim, os astrônomos hoje sabem que pode haver um trilhão de galáxias no Universo. Se a matéria estivesse distribuída perfeitamente de forma uniforme, o céu brilharia em todas as direções. Em vez disso, o espaço é em grande parte escuro, e as galáxias se reúnem em aglomerados e filamentos separados por enormes regiões vazias. Este artigo faz uma pergunta aparentemente simples: as galáxias seguem padrões “fractais” ocultos — como versões cósmicas de árvores ramificadas ou linhas costeiras — que podem explicar como a matéria se organiza nas maiores escalas?

Do cosmos suave à teia cósmica

A cosmologia moderna frequentemente trata o Universo como suave quando você amplia o suficiente, uma ideia que sustenta o modelo padrão de evolução cósmica conhecido como ΛCDM. Mas mapas detalhados de galáxias mostram algo mais intricado: cadeias longas, paredes em forma de lâmina e vastos vazios, formando juntos uma imensa teia tridimensional. Os autores revisitam uma proposta, remontando ao matemático Benoît Mandelbrot, de que essa teia pode ser descrita usando fractais — estruturas que repetem padrões semelhantes em muitas escalas. Em vez de assumir que as galáxias eventualmente se difundem em um nevoeiro uniforme, eles testam se os dados reais se comportam mais como uma hierarquia fractal, onde aglomerados, superaglomerados e filamentos ecoam uns aos outros desde distâncias pequenas até muito grandes.

Minerando um milhão de galáxias em busca de padrões ocultos

Para investigar essa ideia, os pesquisadores recorrem a um dos recursos mais abrangentes disponíveis: o Updated CfA Redshift Catalog (UZCAT). Esta compilação reúne velocidades radiais — o quão rápido as galáxias se afastam de nós devido à expansão cósmica — de cerca de três quartos de milhão de galáxias, extraídas de múltiplos grandes levantamentos. A partir de cada redshift medido, a equipe estima a distância da galáxia usando uma versão atualizada da lei de Hubble. Eles limpam a amostra removendo objetos mal classificados, medições problemáticas e outliers extremos, em seguida agrupam as galáxias em sete “bandas” de distância ou velocidade, de sistemas próximos até aqueles que se afastam a mais da metade da velocidade da luz. Verificações estatísticas sugerem que as lacunas remanescentes nos dados ocorrem essencialmente ao acaso, portanto é improvável que distorçam os padrões em grande escala que a equipe procura.

Lendo a teia cósmica com lentes fractais

Em vez de simplesmente contar galáxias em caixas, os autores aplicam ferramentas do estudo da turbulência e do caos, onde comportamento irregular e em rajadas é a norma. Eles fatiam o espaço em conchas a distâncias crescentes do Sol e calculam como o número médio de galáxias muda com a escala. A partir dessas contagens constroem um “espectro multifractal”, uma impressão digital matemática que indica quão fortemente regiões densas e vazios contribuem em diferentes escalas. Em um Universo perfeitamente suave esse espectro colapsaria para um único valor; em um fractal ele se espalha. A equipe compara o espectro observado com uma construção teórica simples chamada conjunto de Cantor ponderado — um fractal clássico construído cortando repetidamente pedaços do meio de uma linha e redistribuindo o “peso” de forma desigual entre as partes restantes. Esse modelo já foi utilizado para descrever plasmas turbulentos no vento solar e em experimentos de laboratório.

O que os números dizem sobre a estrutura cósmica

A análise mostra que a distribuição de galáxias não é puramente uniforme, mas também não é extremamente fractal. O espectro multifractal extraído do UZCAT corresponde bem aos modelos de conjunto de Cantor ponderado, especialmente para as partes mais densas da teia cósmica. Um número-chave, que mede quão amplo é o espectro, revela-se modesto — cerca de 0,1 a 0,15 — muito menor que valores observados no vento solar turbulento, mas maior do que no meio interestelar local relativamente calmo fora da influência do Sol. Isso sugere que as galáxias seguem uma regra de escala em grande parte simples, com desvios suaves, porém reais, da uniformidade. A extensão e a leve assimetria do espectro variam um pouco entre amostras de galáxias mais próximas e mais distantes, insinuando que grandes vazios e sutis desvios de uma expansão de Hubble ideal podem deixar uma impressão mensurável em como as galáxias se agrupam.

Um sabor fractal em um Universo padrão

Em termos cotidianos, o estudo argumenta que o Universo é amplamente consistente com o quadro cosmológico padrão ao mesmo tempo em que exibe um “sabor fractal” na forma como as galáxias estão dispostas. A teia cósmica parece seguir leis de escala semelhantes às observadas em fluidos turbulentos, e esses padrões podem ser capturados com receitas fractais surpreendentemente simples. Ainda assim, as desvios gerais da suavidade são pequenos o bastante para se encaixar confortavelmente nos modelos ΛCDM atuais de formação de estrutura. Continuamos incapazes de mapear mais do que uma fração ínfima de todas as galáxias, nem resolver completamente a teia tridimensional, então o veredito final sobre se o cosmos é verdadeiramente fractal permanece em aberto. Por ora, este trabalho mostra que as lacunas escuras do céu noturno e seus filamentos brilhantes não são aleatórios: eles carregam uma assinatura sutil de ordem fractal inscrita nas maiores estruturas que podemos observar.

Citação: Macek, W.M., Wójcik, D. Fractal nature of galaxy clustering in the updated CfA redshift catalog. Sci Rep 16, 6181 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36013-3

Palavras-chave: agrupamento de galáxias, teia cósmica, universo fractal, estrutura em grande escala, análise multifractal