O centro de nossa galáxia é um lugar conturbado. Mas pode ser um dos melhores locais para caçar a matéria escura.
Quando você olhar para cima à noite, a Via Láctea aparece como um enxame de estrelas dispostas em uma faixa branca enevoada através do céu.
Mas a partir de uma perspectiva externa, nossa galáxia parece mais com um disco, com braços espirais de estrelas estendendo-se para fora no universo. No centro deste disco está uma pequena região em torno do qual todo o cata-vento da nossa galáxia gira, uma região repleta de fenômenos astronômicos exóticos que variam de matéria escura e estrelas recém-nascidas a um buraco negro supermassivo. Os astrônomos chamam esta região da Via Láctea centro galáctico.
É um lugar estranho, e os cientistas têm razão para acreditar que é um dos melhores lugares para caçar a matéria escura.
O Telescópio Espacial Spitzer fornece uma visão infravermelha da região do centro galáctico. Cedida por: NASA / JPL-Caltech / ESA / CXC / STScI
Fenômenos no coração de nossa galáxia
Nos anos 70, os cientistas criaram uma hipótese de que um buraco negro supermassivo podia estar escondido no centro da Via Láctea. Os buracos negros são pontos de espaço-tempo onde a gravidade é tão forte que nem mesmo a luz pode escapar.
Depois de décadas tentando identificar indiretamente o objeto misterioso no centro galáctico, traçando as órbitas de estrelas e gás, os astrônomos foram finalmente capazes de calcular a sua massa em 2008. Ele pesava mais de 4 milhões de vezes mais do que o Sol, tornando-se um primeiro candidato a buraco negro supermassivo.
Cerca de 10 por cento de todas as novas formações de estrelas ocorrem no centro da galáxia. Isso é estranho porque as condições locais produzem um ambiente extremo em que deve ser difícil para as estrelas a se formarem.
Os cientistas acreditam que pelo menos algumas das novas estrelas sendo formadas devem explodir e se transformar em pulsares, mas não estão vendo nenhum deles. Pulsares emitem um sinal pulsante regular, como um farol. Uma explicação preliminar para a aparente falta de pulsares no centro galáctico era de que os campos magnéticos poderia haver flexão suas ondas de rádio em seu caminho para nós, escondendo os seus sinais pulsantes. Mas, recentemente, os cientistas mediram a força dos campos e percebeu que a flexão foi muito menor do que tinham esperado. O mistério dos pulsares ainda permanece sem solução.
O centro galáctico também tem um notavelmente elevada concentração de raios cósmicos de alta energia de partículas carregadas que cruzam o espaço. Os cientistas ainda não entendem que essas partículas vêm ou como eles atinjem tais energias intensas.
O Telescópio Espacial Hubble, embora melhor conhecido por suas imagens de luz visível, também capturou uma imagem luz infravermelha do centro da galáxia (a mancha brilhante no canto inferior direito). Cedida por: NASA / JPL-Caltech / ESA / CXC / STScI
Caça à matéria escura
Sabemos que a Via Láctea está girando porque quando olhamos ao longo dela, vemos algumas estrelas se movendo em nossa direção e algumas estrelas se afastando. Mas a velocidade com que nossa galáxia gira é mais rápido do que deveria ser para a quantidade de matéria que podemos ver.
Isto leva os cientistas a acreditarem que há matéria localizada no centro da nossa galáxia que não podemos ver. Apesar de todas as outras coisas acontecendo lá, isso faz com que o núcleo da galáxia seja um terreno de caça perfeito para esta “matéria escura”, uma substância invisível que compõe a maior parte da matéria no universo.
Os cientistas que procuram matéria escura tiram proveito do fato de que é provável que ela interaja com o próprio. Os pesquisadores prevêem que, quando partículas de matéria escura correm em direção a outras, elas se aniquilam. Eles acreditam que isso possa produzir um espectro característico de raios gama.
Ao longo dos últimos anos, os cientistas detectaram um excesso de raios gama do centro galáctico da Via Láctea. Muitos cientistas acreditam que este poderia ser um sinal muito forte para a matéria escura. Os eventos têm o aspecto esperado da forma com que a matéria escura parece, e o espectro de energia e a forma como os raios gama são concentrados assemelhar-se o que os cientistas pensam que sejam a matéria escura.
Outros cientistas acreditam que são pulsares, e não matéria escura, que criam este sinal. Porque o excesso parece estar concentrado, em vez de espalhado, os cientistas acreditam que poderiam ser provenientes de fontes compactas como uma população antiga de pulsares.
Para determinar se esse excesso é um sinal de matéria escura, os cientistas estão à procura de assinaturas semelhantes em outras partes do universo, em lugares como galáxias anãs. Essas pequenas galáxias são lugares mais limpos para procurar matéria escura com muito menos esforço, mas a contrapartida é que elas não produzem radiação gama suficiente.
Esta imagem Observatório de Raios-X Chandra distingue entre raios-X mais baixos de energia (rosa) e raios X de alta energia (azul). Cedida por: NASA / JPL-Caltech / ESA / CXC / STScI
Perscrutando o centro da galáxia
O centro galáctico é obscurecido de nossa vista por cerca de 25.000 anos-luz de poeira e gás, tornando-o difícil de observar no visível. Os cientistas têm levado a estudar diferentes comprimentos de onda, desde rádio até raios gama, para enfrentar a rica paisagem do centro galáctico. Dentre os instrumentos que vasculham o centro da galáxia, há alguns que vêem em diferentes comprimentos de onda.
O Observatório WM Keck, um observatório de dois telescópio perto do cume de um vulcão adormecido no Havaí, estuda centro galáctico no infravermelho. O Observatório de Raios-X Chandra, um observatório espacial lançado em 1999, observa centro galáctico em raios-X.
Os Imaging Atmospheric Cherenkov Telescopes são detectores colocados em terra para que os cientistas usem-os para estudar os raios gama a partir dos chuveiros atmosféricos que eles criam quando se quebra em nossa atmosfera. O Sistema Estereoscópico de Alta Energia, ou HESS, é a maior variedade do Telescópio Cherenkov do mundo e está localizado na Namíbia.
O Telescópio Espacial de Raios-Gama Fermi é outro observatório que os cientistas usam para investigar o centro galáctico. Este é um telescópio baseado em satélites que mapeiam todo o céu em comprimentos de onda de raios gama. Desde o seu lançamento em 2008, Fermi tem sido uma ferramenta importante na sondagem do conteúdo da galáxia interna, a partir de matéria escura para pulsares a buracos negros.
Quanto mais tempo esses instrumentos coletarem dados, mais nos aproximamos de descobrir a matéria escura e desembaraçar a confusão de maravilhas no centro da nossa galáxia.
Traduzido e adaptado de Symmetry Magazine