Assim como as ondulações em um lago indicam que alguém jogou uma pedra, correu um medidor de água ou saltou uma rã, a existência de uma substância misteriosa - matéria escura - é determinada por sua vasta influência no espaço. Os astrônomos não podem observá-lo diretamente, mas a gravidade da matéria escura determina o nascimento, a forma e o movimento das galáxias. Isso torna a descoberta do ano passado completamente inesperada: em uma galáxia estranha e difusa, nenhuma matéria escura foi encontrada. Você acha que isso é tudo? Não importa como seja.
Galáxias sem matéria escura
Vários estudiosos saudaram essa descoberta. Outros expressaram suas dúvidas ao criticar a medição das distâncias e do movimento da galáxia. As apostas são altas: se realmente houver falta de matéria escura nesta galáxia, isso irá, paradoxalmente, confirmar a existência dessa matéria.
E assim, a equipe original adquiriu evidências adicionais para apoiar sua descoberta original. Além disso, uma segunda galáxia foi descoberta com sintomas semelhantes. Onde costumava haver uma galáxia ultradifusa livre de matéria escura (à primeira vista), agora existem duas.
“Um objeto sempre pode ser considerado um unicórnio, mas quando você encontra dois unicórnios, começa a se perguntar sobre a possível existência de unicórnios”, diz Michael Boylan-Kolchin, astrônomo da Universidade do Texas em Austin, que não esteve envolvido no estudo. "E então você começa a pensar sobre de onde vieram, quais são suas propriedades e como são comuns."
Procurando unicórnios
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As duas galáxias que nos interessam são muito fracas e distantes da Terra: os fótons de seus aglomerados de estrelas começaram a viajar em direção ao nosso planeta nos últimos dias do reinado dos dinossauros, cerca de 65 milhões de anos atrás. A primeira galáxia NGC 1052-DF2 tem o tamanho da Via Láctea, mas contém 100 vezes menos estrelas. A nova galáxia NGC 1052-DF4 está localizada na mesma região do céu e tem aproximadamente o mesmo tamanho e massa.
Em março do ano passado, cientistas liderados por Shani Danieli e Peter van Dokkum, da Universidade de Yale, publicaram um estudo que estimou o tamanho do NGC 1052-DF2 observando sua luz estelar, bem como os movimentos dos aglomerados de estrelas que o cercam. Se a NGC 1052-DF2 contivesse tanta matéria escura quanto os astrônomos normalmente esperariam dela, a matéria escura aumentaria as velocidades orbitais desses fenômenos estelares. Mas eles se movem lentamente, o que sugere que não há matéria escura. Os críticos argumentam que as velocidades desses aglomerados de estrelas foram calculadas mal - e mesmo se estivessem corretos, o tamanho da amostra de apenas 10 aglomerados de estrelas era muito modesto para determinar com segurança o estoque de matéria escura do NGC 1052-DF2.
Em outubro, Danieli decidiu enfrentar o problema com uma técnica diferente. Ela pegou o Keck Cosmic Web Imager, um novo instrumento instalado recentemente atrás do espelho principal gigante de 10 metros do telescópio Keck no Havaí. Este instrumento pode medir a luz de objetos muito fracos com resolução extremamente alta, tornando-o ideal para estudar galáxias ultradifusas como a NGC 1052-DF2. Essa ferramenta era tão boa que Danieli não precisava mais estudar os movimentos do aglomerado de estrelas para determinar a massa da galáxia. Em vez disso, ela poderia obter massa diretamente, usando diretamente a luz das estrelas da galáxia.
Em termos de informação, a luz das estrelas contém muito disso. Ao separar a luz em suas cores constituintes (isso é chamado de espectroscopia), os cientistas podem determinar a composição de uma estrela, sua idade, direção no espaço e velocidade. A maior parte dessa informação é transmitida na forma de linhas espectrais - elementos lineares embutidos no espectro de uma estrela devido à emissão ou absorção de vários elementos químicos. O instrumento de Keck mediu o espectro de aproximadamente 10 milhões de estrelas na galáxia DF2. O tamanho da dispersão entre as estrelas mais rápidas e mais lentas da galáxia dá uma ideia de quanta matéria interage com elas. Quanto mais matéria - escura ou de outro tipo - maior será a propagação nas velocidades das estrelas.
“Para nossa própria surpresa, medimos linhas espectrais extremamente estreitas que deixam muito pouco espaço para mais massa além da massa trazida pelas estrelas para a galáxia”, diz Danieli. Simplesmente não há lugar para matéria escura.
Enquanto isso, Erik Emsellem do European Southern Observatory e seus colegas têm explorado a galáxia com o Very Large Telescope no deserto do Atacama, no Chile. Eles também descobriram a dispersão de baixa velocidade que suporta o cenário de matéria escura ausente.
Nicholas Martin, astrônomo da Universidade de Estrasburgo, na França, foi um dos críticos do artigo original. Em um artigo publicado no ano passado, ele argumentou que é muito difícil estimar a massa da galáxia DF2 com base nos movimentos do aglomerado de estrelas ao redor. Mas Martin diz que ficou mais tranquilo com os últimos resultados de Danieli e Emsell.
“Isso se tornou possível graças aos novos instrumentos que chegaram aos maiores telescópios do planeta. E, para ser honesto, um ano atrás não era óbvio para mim que isso seria viável. Um ano atrás, eu não estava pronto para dizer que esse sistema seria totalmente estranho, porque me parecia que as medições não eram totalmente suportadas pelos dados. Mas agora que há duas equipes diferentes que mediram a faixa de velocidade das próprias estrelas, acho que ficou óbvio que há uma estranheza."
As descobertas de Danieli foram apresentadas em uma conferência sobre matéria escura na Universidade de Princeton e serão publicadas no Astrophysical Journal Letters.
No geral, sua pesquisa sugere que existe uma classe inteira de galáxias pobres em matéria escura.
Em busca da matéria que falta
Alguns astrônomos estão quebrando a cabeça para descobrir como essas galáxias poderiam ter se formado e para onde foi a matéria escura. Boylan-Kolchin diz que uma possibilidade é a atração gravitacional de uma galáxia vizinha, muito maior, separada da matéria escura. Ou DF2 e DF4 podem não ser galáxias, mas modestas coleções de estrelas disfarçadas de galáxias; neste caso, esses grupos isolados de estrelas poderiam se formar a partir da colisão de jatos de gás escapando em outro lugar. Ou pode haver cenários ainda mais enfadonhos, como a orientação das galáxias em relação à Terra, o que afeta negativamente a obtenção de medidas espectrais precisas de seus movimentos.
Uma coisa é certa: se nenhuma dúvida de peso surgir, a ausência de matéria escura nas galáxias mostrará de forma convincente que essa matéria é separável de estrelas, gás, poeira e outras matérias comuns. E isso, por sua vez, fortalecerá o argumento para a existência de matéria escura.
Até o momento, ninguém descobriu definitivamente a matéria escura, apesar de décadas de intensa pesquisa. A falta de evidências levou alguns astrofísicos a procurar maneiras alternativas de esculpir galáxias e controlar seu movimento por meio do surgimento de hipóteses como "gravidade emergente" e "dinâmica newtoniana modificada". Os defensores dessas hipóteses argumentam que a maioria dos astrônomos acredita que a matéria escura pode ser um fenômeno que surge da física que não entendemos completamente. Mas, neste caso, essas estranhas galáxias falarão a favor do fato de que as alternativas estão erradas e que a matéria escura pode de fato ser a causa.
Ilya Khel
