Astrônomos estão surpresos com a descoberta de uma galáxia distante com ausência de matéria escura

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Esta grande galáxia de aparência difusa é tão difusa que os astrônomos chamam de galáxia “transparente”, pois eles podem ver claramente as galáxias distantes por trás dela. O objeto fantasma, catalogado como NGC 1052-DF2, não possui uma região central perceptível, ou mesmo braços em espiral e um disco, características típicas de uma galáxia espiral

Por Karl Hille
Publicado na NASA

Galáxias e matéria escura andam juntas como manteiga de amendoim e geleia. Você normalmente não encontra uma sem a outra.

Portanto, os pesquisadores ficaram surpresos quando descobriram uma galáxia que está perdendo a maior parte, se não toda, de sua matéria escura. Uma substância invisível, a matéria escura, é o andaime subjacente sobre o qual as galáxias são construídas. É a cola que mantém a matéria visível nas galáxias – estrelas e gás – juntas.

“Nós pensamos que todas as galáxia tinham matéria escura e que a matéria escura é  ponto de partida para uma galáxia”, disse Pieter van Dokkum, da Universidade de Yale, em New Haven, Connecticut, principal pesquisador das observações do Hubble. “Esta substância invisível e misteriosa é o aspecto mais dominante de qualquer galáxia. Então, encontrar uma galáxia sem ela é inesperado. Ela desafia as ideias-padrão de como pensamos que as galáxias funcionam e mostra que a matéria escura é real: tem sua própria existência separada, além de outros componentes de galáxias. Este resultado também sugere que pode haver mais de uma maneira de formar uma galáxia”.

A única galáxia, chamada NGC 1052-DF2, contém no máximo 1/4 da quantidade de matéria escura que os astrônomos esperavam. A galáxia é tão grande quanto a Via Láctea, mas escapou da atenção porque contém apenas 1/200 do número de estrelas. Dado o tamanho grande e a aparência fraca do objeto, os astrônomos classificam NGC 1052-DF2 como uma galáxia ultra-difusa. Uma pesquisa de 2015 do aglomerado de galáxias de Coma mostrou que esses objetos grandes e fracos são surpreendentemente comuns.

Mas nenhuma das galáxias ultra-difusas descobertas até agora foi encontrada com ausência de matéria escura. Então, mesmo entre essa classe incomum de galáxia, a NGC 1052-DF2 é um excêntrica.

Van Dokkum e sua equipe avistaram a galáxia com o Dragonfly Telephoto Array, um telescópio construído sob encomenda no Novo México, projetado para encontrar essas galáxias fantasmagóricas. Eles então usaram o Observatório WM Keck no Havaí para medir os movimentos de 10 agrupamentos gigantes de estrelas chamados aglomerados globulares. Keck revelou que os aglomerados globulares estavam se movendo a velocidades relativamente baixas, a menos de 39.000 km/h. Estrelas e aglomerados na periferia de galáxias contendo matéria escura se movem pelo menos três vezes mais rápido. A partir dessas medições, a equipe calculou a massa da galáxia. “Se existe alguma matéria escura, é muito pouco”, explicou van Dokkum. “As estrelas da galáxia podem explicar toda a massa, e não parece haver espaço para a matéria escura.”

Os pesquisadores, em seguida, usaram o Telescópio Espacial Hubble da NASA e o Observatório Gemini, no Havaí, para descobrir mais detalhes sobre a galáxia única. Gemini revelou que a galáxia não mostra sinais de interação com outra galáxia. O Hubble ajudou-os a identificar melhor os aglomerados globulares e a medir uma distância exata da galáxia.

As imagens do Hubble também revelaram a aparência incomum da galáxia. “Passei uma hora olhando para a imagem do Hubble”, recordou van Dokkum. “É tão raro, particularmente nestes dias depois de tantos anos de Hubble, que você tenha uma imagem de algo e diga: ‘Eu nunca vi isso antes.’ Essa coisa é surpreendente: uma bolha gigantesca que você pode ver. É tão esparso que você vê todas as galáxias atrás dela. É literalmente uma galáxia transparente. “

A galáxia fantasmagórica não tem uma região central perceptível, ou mesmo braços em espiral e um disco, características típicas de uma galáxia espiral. Mas também não parece uma galáxia elíptica. A galáxia também não mostra evidências de que abriga um buraco negro central. Com base nas cores de seus aglomerados globulares, a galáxia tem cerca de 10 bilhões de anos. Mesmo os aglomerados globulares são excêntricos: são duas vezes maiores que os agrupamentos estelares típicos vistos em outras galáxias.

“É como se você fosse observar uma galáxia e só conseguisse enxergar o halo estelar e os aglomerados globulares, e de alguma forma esqueceu de fazer todo o resto”, disse van Dokkum. “Não há teoria que previsse esses tipos de galáxias. A galáxia é um completo mistério, e tudo sobre ela é estranho. Como realmente se forma uma coisa dessas é completamente desconhecido”.

Mas os pesquisadores têm algumas ideias. NGC 1052-DF2 reside a 65 milhões de anos-luz de distância em uma coleção de galáxias que é dominada pela gigantesca galáxia elíptica NGC 1052. A formação da galáxia é turbulenta e violenta, e van Dokkum sugere que o crescimento da galáxia maciça bilhões de anos atrás talvez tenha desempenhado um papel na deficiência de matéria escura da NGC 1052-DF2.

Outra ideia é que o gás que se move em direção à gigante elíptica NGC 1052 pode ter fragmentado e formado NGC 1052-DF2. A formação de NGC 1052-DF2 pode ter sido ajudada por poderosos ventos emanados do jovem buraco negro que estava crescendo no centro de NGC 1052. Estas possibilidades são especulativas, no entanto, e não explicam todas as características da galáxia observada, disseram os pesquisadores.

A equipe já está procurando por mais galáxias deficientes em matéria escura. Eles estão analisando imagens do Hubble de 23 outras galáxias difusas. Três delas são semelhantes a NGC 1052-DF2.

“Todas as galáxias que conhecíamos têm matéria escura e todas elas se encaixam em categorias conhecidas como galáxias espirais ou elípticas”, disse van Dokkum. “Mas o que você ganharia se não houvesse matéria escura? Talvez seja isso que você obteria.”

Os resultados da equipe aparecerão na edição de 29 de março de 2018 da revista Nature.