Simulação da formação de galáxias sem matéria escura

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1,5 bilhão de anos após o início da simulação. Quanto mais clara a cor, maior a densidade do gás. Os pontos azuis claros mostram estrelas jovens. Crédito: AG Kroupa / Uni Bonn
Créditos: AG Kroupa / Uni Bonn.

Publicado na Phys

Pela primeira vez, pesquisadores das Universidades de Bonn e Estrasburgos simularam a formação de galáxias em um universo sem a matéria escura. Para replicar esse processo no computador, eles tiveram que modificar as leis da gravidade de Newton. As galáxias que foram criadas pelos cálculos computacionais são semelhantes às que vemos hoje. De acordo com os cientistas, suas suposições poderiam resolver muitos mistérios da cosmologia moderna. Os resultados foram publicado na The Astrophysical Journal.

Atualmente, os cosmólogos assumem que a matéria não foi distribuída de maneira totalmente uniforme após o Big Bang. Os lugares mais densos atraíram mais matérias em seu entorno por conta da forte força gravitacional. Ao longo de vários bilhões de anos, esse acumulo de gases, eventualmente, transformaram-se em galáxias que vemos hoje em dia.

Um ingrediente importante dessa teoria é a tão chamada matéria escura. Por um lado, ela é tida como a responsável por iniciar, desigualmente, as distribuições que conduziram o aglomerado de gases e poeiras. Ela também explica algumas observações intrigantes. Por exemplo, as estrelas de galáxias em rotação geralmente se movem de forma tão rápida que as mesmas deveriam ser ejetadas. Portanto, parece que há uma força gravitacional adicional nas galáxias que impede essa ejeção de estrelas – uma espécie de “massa de vidraceiro estrelar” que não pode ser vista por telescópio: matéria escura.

Entretanto, ainda não há evidência direta de sua existência. “Talvez, as próprias forças gravitacionais se comportem de maneira diferente do que se pensava anteriormente”, explica o Prof. Dr. Pavel Kroupa da Instituto Helmholtz de Radiação e Física Nuclear da Universidade de Bonn e do Instituto Astronômico da Universidade Charles, em Praga. Essa teoria tem a abreviatura MOND (dinâmica newtoniana modificada) e foi descoberta pelo físico e professor israelense Dr. Mordehai Milgrom. De acordo com a teoria, a atração entre duas massas obedecem as leis de Newton até certo ponto. Sob aceleração muito baixa, como é o caso das galáxias, torna-se consideravelmente mais forte. É por isso que as galáxias não se separam com o resultado da velocidade de sua rotação.

Resultados próximos da realidade 

“Em cooperação com o Dr. Benoit Famaey em Strasbourg, nós simulamos, pela primeira vez, se galáxias se formariam em um universo com o MOND e, se sim, quais delas”, disse o estudante  de doutorado de Kroupa Nils Wittenburg. Para fazer isso, ele utilizou um software de computador para realizar cálculos gravitacionais complexos, que foi desenvolvido no grupo Kroupa. Com o MOND, a atração gravitacional não depende apenas de sua massa, mas também de outros corpos próximos.

Então, os cientistas utilizaram esse software para simular a formação das estrelas e galáxias, começando por uma nuvem de gás, centenas de anos após o Big Bang. “Em muitos aspectos, nossos resultados estão notavelmente próximos daquilo que observamos nos telescópio”, explica Kroupa. Por exemplo, as distribuições e as velocidades das estrelas nas galáxias geradas em computador, seguem os mesmos padrões que podem ser vistos no céu noturno. “Além disso, nossa simulação resultou, principalmente, na formação de galáxias em rotação em forma de disco, como a Via Láctea e quase todas as outras galáxias grandes que conhecemos”, afirma o cientista. “As simulações com matéria escura, por outro lado, criam predominantemente galáxias sem a forma de disco – uma discrepância nas observações que são difíceis de explicar”.

Os cálculos baseado na existência da matéria escura também são muito sensíveis às mudanças em certos parâmetros, como a frequência de supernovas e seus efeitos de distribuição de matéria nas galáxias. Na simulação com o MOND, no entanto, esses fatores dificilmente tiveram um papel.

No entanto, os resultados recentemente publicados de Bonn, Praga e Estrasburgo não correspondem à realidade em todos os pontos. “Nossa simulação foi apenas o primeiro passo”, enfatiza Kroupa. Por exemplo, os cientistas fizeram apenas suposições simples sobre as distribuição original da matéria e as condições no universo jovem. “Agora, temos que repetir os cálculos e incluir fatores de influência mais complexos. Então, veremos se a teoria MOND realmente explica a realidade”.

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