Astrônomos resolveram um mistério da matéria escura, salvando nossos modelos de formação de galáxias

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Créditos: Montes et al., ApJ, 2020.

Traduzido por Julio Batista
Original de Michelle Starr para o ScienceAlert

Uma pequena e misteriosa galáxia a 44 milhões de anos-luz está finalmente revelando seus segredos. Revelado no ano passado por ter uma quantidade chocantemente baixa de matéria escura, a galáxia NGC 1052-DF4 representou um desafio significativo para nossos modelos de formação de galáxias.

Esses modelos ainda estão vivos. De acordo com uma nova pesquisa, NGC 1052-DF4 realmente carece de matéria escura – mas apenas porque outra galáxia próxima a cortou.

“A matéria escura não está lá porque foi removida”, disse a astrofísica Mireia Montes, da Universidade de Nova Gales do Sul, na Austrália, e do Space Telescope Science Institute.

“Descobrimos que a atração gravitacional da galáxia massiva NGC1035 próxima está removendo suas estrelas – e matéria escura.”

(Créditos: Montes et al., ApJ, 2020)

A descoberta do NGC 1052-DF4 (ou DF4 para abreviar) foi anunciada no ano passado, e foi imediatamente uma delícia de um mistério astronômico. Foi a segunda galáxia de seu tipo – uma galáxia opaca e ultradifusa, ou UDF – a ser encontrada seriamente empobrecida de matéria escura. A primeira foi NGC 1052-DF2 (DF2), e DF4 representou uma confirmação de que galáxias com matéria escura insuficiente poderiam existir.

O problema era que, de acordo com nossos modelos atuais, a matéria escura é necessária para a formação de galáxias.

Não sabemos o que é matéria escura e não podemos detectá-la diretamente, mas sabemos que a maioria das galáxias tem muito mais gravidade do que sua matéria normal detectável poderia criar. Há alguma massa oculta no Universo criando essa atração extra e, sem ela, de acordo com nosso entendimento da formação de galáxias, não haveria gravidade suficiente para a matéria colapsar e formar galáxias bebês.

O assunto parecia estar perto de uma resolução quando uma equipe de astrofísicos descobriu que a DF2 estava na verdade muito mais perto de nós do que se pensava. Isso significava que ele tinha muito menos massa do que os cálculos iniciais sugeriam, e a proporção de matéria normal era muito menor. Uma vez que os cálculos baseados na distância revisada foram concluídos, a DF2 tinha uma quantidade bastante normal de matéria escura.

Em seguida, eles focaram sua atenção no DF4. Também parecia estar muito mais perto… mas algo ainda não estava certo. As velocidades dos aglomerados de estrelas dentro da galáxia ainda sugeriam que havia muito menos matéria escura do que deveria.

A galáxia opaca é muito difícil de ver, então Montes e seus colegas reservaram um tempo para estudá-la em alguns dos telescópios mais poderosos do mundo para ver se conseguiam descobrir o porquê.

Usando o telescópio IAC80, o Gran Telescopio Canarias e o Telescópio Espacial Hubble, eles detectaram estrelas sendo retiradas de DF4, consistente com uma interação com a galáxia espiral muito maior NGC 1035. Este processo, pelo qual um corpo maior gravitacionalmente “pertuba” o menor, é conhecido como perturbação de marés.

“Trabalhos iniciais mostraram que a galáxia tem uma forma simétrica muito ‘relaxada’, sugerindo que nenhuma força externa a estava perturbando”, disse Montes.

“Mas nossas imagens profundas mostram que esta galáxia está de fato sendo perturbada por sua galáxia vizinha – ela apenas foi capturada no início da interação. A parte interna da galáxia mantém sua forma, mas as partes externas e mais opacas são onde você vê essas ‘caudas de maré’: estrelas que já foram separadas da galáxia.”

As caudas de marés encontradas saindo da DF4. (Créditos: Montes et al., ApJ, 2020)

Uma vez que a matéria escura envolve as galáxias em um grande halo, essa divisão das marés removeria a maior parte da matéria escura da galáxia menor antes de afetar as estrelas, observou Montes. As estrelas só começam a ser removidas quando o conteúdo de matéria escura cai abaixo de 10 a 15 por cento da massa total da galáxia.

Isso é consistente com as observações da equipe. UDFs tendem a ter uma alta proporção de matéria escura – cerca de 99 por cento da massa total da galáxia. No caso da DF4, a equipe estimou que a matéria escura representa apenas um por cento da massa total.

Como a matéria escura é basicamente a cola gravitacional que mantém as galáxias unidas, isso também significa que o tempo da DF4 neste Universo é limitado.

“Com o tempo”, disse o astrofísico Ignacio Trujillo, do Instituto de Astrofísica das Canárias, “NGC1052-DF4 será canibalizada pelo grande sistema em torno de NGC1035, com pelo menos algumas de suas estrelas flutuando livremente pelo espaço profundo.”

Mas pelo menos não temos que refazer o modelo da formação de galáxias.

A pesquisa foi publicada no The Astrophysical Journal.