Um novo estudo de seis galáxias jovens formadoras de estrelas sugere que elas são menos influenciadas por matéria escura do que o esperado. Mas os resultados podem dizer mais sobre a evolução da galáxia do que sobre a natureza da matéria escura.
Esta impressão artística compara a rotação do disco de uam galáxia no universo distante (direita) e os dias de hoje (esquerda). ESO
Se Vera Rubin estivesse viva, eu gostaria de saber qual seria a reação dela com a notícia de hoje. Rubin e seu colega na Instituição Carnegie de Washington, Kent Ford, alcançou a fama astronômica quando eles mediram a rotação da nossa galáxia vizinha – Andrômeda – há 47 anos. O seu trabalho serviu como uma peça crucial de evidência para a existência de matéria escura.
Agora, na revista Nature, Reinhard Genzel (Instituto Max Planck, Garching, Alemanha) e colegas relatam medições similares de seis galáxias distantes – com um resultado surpreendentemente oposto à descoberta histórica de Rubin.
Descobrindo a matéria escura.
Quando Rubin e Ford recolheram os espectros de hidrogênio ionizado de Andrômeda, quase meio século atrás, eles mediram a velocidade de 67 nuvens de gás à medida que giravam em torno do centro da galáxia com muito mais precisão do que nunca. O que os astrônomos encontraram era na época bastante curioso: para além de 15.000 anos-luz ou mais do centro da galáxia, as velocidades das nuvens não abrandavam – as nuvens ultraperiféricas giraram tão rápido quanto aquelas muito mais próxima do centro. Ou a galáxia de Andrômeda estava voando para o além (o que não era provável) ou houve alguma questão adicional no exterior da galáxia que nós simplesmente não podíamos ver.
Este resultado inovador, embora não o primeiro a sugerir a existência de matéria escura, incentivou cientistas a começarem a levar o assunto a sério. E mesmo que os físicos ainda lutem para detectar partículas de matéria escura no laboratório, os astrônomos tiveram um enorme sucesso no apoio à sua existência.
Aglomerados de galáxias também mostram evidências de matéria escura. galáxias distorcidas nas bordas da lente gravitacional Abell 1689, um aglomerado de galáxias a 2,2 bilhões de anos-luz de distância, em Virgem. A sobreposição roxa nesta imagem do telescópio espacial Hubble mostra a distribuição da matéria escura dentro do aglomerado, conforme determinado a partir do efeito de lentes gravitacionais fracas.
Desde a publicação de Rubin e Ford em 1970, os cientistas descobriram múltiplas linhas de evidência para a matéria escura, como as rotações de galáxias dentro de clusters (aglomerados), lente gravitacional fraca, e simulações computacionais em grande escala da distribuição de galáxias no universo. Estas observações sugerem que as galáxias e até mesmo aglomerados de galáxias são abrigados em gigantescos e enormes halos de matéria escura, que começaram a se juntar antes das estrelas começarem a brilhar.
É por isso que as seis galáxias estudadas pela equipe de Genzel provaram ser tão surpreendentes.
Halos faltantes
Uma das seis galáxias que Genzel e seus colegas estudaram. A moldura da esquerda mostra uma representação de cores falsas do hidrogênio da galáxia. O quadro à direita mostra a mudança da linha alfa de hidrogênio, que a equipe usou para determinar a rotação da galáxia. MPE
Genzel e colegas observaram várias centenas de galáxias formadoras de estrelas no universo distante (2,5 bilhões a 8 bilhões de anos após o Big Bang), utilizando o Very Large Telescope do Observatório Europeu do Sul. As galáxias possuem massa igual ou maior que a via láctea, o que é bastante grande, considerando que nós estamos procurando-as milhares de milhões de anos atrás no tempo. As galáxias também estão se formando no valor de 50 a 200 estrelas como o nosso Sol a cada ano, uma taxa típica de formação de estrelas para esta era cósmica.
Como Rubin e Ford, a equipe de Genzel mediu o movimento das nuvens de gás hidrogênio. Ao contrário de Rubin e Ford, as novas medições mostraram que em direção à borda das seis enormes galáxias formadoras de estrelas, as nuvens se desaceleram. Dados médios de 97 outras (mais fracas) galáxias mostram o mesmo resultado.
Isso não quer dizer que não há matéria escura lá – só não há tanto quanto o esperado. A matéria escura amortece estas galáxias e parece ser bastante ténue.
Evolução de galáxias e halos
Acontece que estes resultados podem dizer mais sobre o caminho da evolução da galáxia do que sobre a natureza da matéria escura. Na verdade, simulações de computador de matéria escura pode até ter previsto o que Genzel e colegas observaram.
Uma possibilidade, como diz Mark Swinbank (Universidade de Durham, UK), autor de um artigo de opinião que acompanha o Nature artigo, é que os halos de matéria escura dessas galáxias ainda estão em processo de crescimento. Mas isso iria mudar fundamentalmente a forma como vemos a evolução da galáxia, onde a imagem padrão diz que os halos foram – em grande parte – formados antes do gás e as estrelas se juntarem.
Outra possibilidade é que nós estamos simplesmente vendo essas galáxias durante uma época crucial. A equipe de Genzel escolheu observar galáxias maciças no disco formação de estrelas durante o “meio-dia cósmico”, o pico de formação de estrelas no Universo. Estes são os precursores antigos para galáxias elípticas “vermelhas e mortas” que podemos ver próximas da Via Láctea, assim apelidadas pela sua cor avermelhada e as suas baixas taxas de formação de estrelas. Simulações de computador recentes, feitas por Adi Zolotov (The Hebrew University, Israel, e Ohio State University) e colegas, mostram que praticamente todas essas galáxias massivas tomaram o caminho rápida em direção a evolução, sua jornada foi instigada por um único evento.
Quer se trate de uma fusão com outra galáxia ou fluxos de gás na entrada da galáxia da teia cósmica maior, este evento desencadeia uma explosão de formação estelar no centro da galáxia. Como resultado, enormes galáxias formadoras de estrelas durante esta época cósmica vão parecer muito mais compactas do que realmente são – “nuggets azuis”, como Zolotov e seus colegas se referem a elas. Então a medição da rotação de ‘nuggets’ não irá revelar o halo de matéria escura em torno deles, porque as observações cobririam apenas as partes das galáxias que são dominadas pela matéria normal.
Uma questão de resolução
É interessante notar que outras simulações, como illustris e Águia, não fazem a mesma previsão, mas Primack ressalta que isto pode ser devido a sua visão mais distorcida. Simular um universo inteiro é uma batalha entre a resolução, volume e tempo em função do tempo de computação. Enquanto as simulações illustris e Eagle podem ver elementos acima de 3.000 anos-luz de diâmetro (eles não podem fazer a regiões de formação estelar, por exemplo), as simulações mais dispendiosas na qual Primack e Zolotov estão envolvidos poderão ver detalhes tão finos quanto 60 anos luz.
“Ambos são úteis,” diz Primack, “mas para descobrir o que está realmente acontecendo dentro destas galáxias, você realmente tem que simular estes ambientes em alta resolução.”
Traduzido e adaptado de Sky and Telescope