doi.org/10.1093/mnras/stae034
Credibilidade: 989
#Matéria Escura
As descobertas sugerem que o núcleo da nossa galáxia pode conter menos matéria escura do que o estimado anteriormente.
Ao medir a velocidade das estrelas em toda a Via Láctea, os físicos do MIT descobriram que as estrelas mais distantes no disco galáctico viajam mais lentamente do que o esperado em comparação com as estrelas que estão mais próximas do centro da galáxia. As descobertas levantam uma possibilidade surpreendente: o núcleo gravitacional da Via Láctea pode ter uma massa mais leve e conter menos matéria escura do que se pensava anteriormente.
Os novos resultados baseiam-se na análise da equipe dos dados obtidos pelos instrumentos Gaia e APOGEE. Gaia é um telescópio espacial em órbita que rastreia a localização, distância e movimento precisos de mais de 1 bilhão de estrelas em toda a Via Láctea, enquanto o APOGEE é uma pesquisa terrestre. Os físicos analisaram as medições de Gaia de mais de 33.000 estrelas, incluindo algumas das estrelas mais distantes da galáxia, e determinaram a “velocidade circular” de cada estrela, ou a rapidez com que uma estrela circula no disco galáctico, dada a distância da estrela ao centro da galáxia.
Os cientistas traçaram um gráfico da velocidade de cada estrela em relação à sua distância para gerar uma curva de rotação – um gráfico padrão em astronomia que representa a rapidez com que a matéria gira a uma determinada distância do centro de uma galáxia. A forma desta curva pode dar aos cientistas uma ideia de quanta matéria visível e escura está distribuída por uma galáxia.
“O que ficamos realmente surpresos ao ver foi que essa curva permaneceu plana, plana, plana até uma certa distância, e então começou a afundar”, diz Lina Necib, professora assistente de física no MIT. “Isto significa que as estrelas exteriores estão a rodar um pouco mais devagar do que o esperado, o que é um resultado muito surpreendente.”
A equipe traduziu a nova curva de rotação numa distribuição de matéria escura que poderia explicar a desaceleração das estrelas exteriores, e descobriu que o mapa resultante produzia um núcleo galáctico mais leve do que o esperado. Ou seja, o centro da Via Láctea pode ser menos denso, com menos matéria escura, do que os cientistas pensavam.
“Isso coloca este resultado em tensão com outras medições”, diz Necib. “Há algo suspeito acontecendo em algum lugar, e é realmente emocionante descobrir onde isso está, para realmente ter uma imagem coerente da Via Láctea.”
A equipe relata seus resultados este mês nos Avisos Mensais do Royal Society Journal. Os coautores do estudo no MIT, incluindo Necib, são o primeiro autor Xiaowei Ou, Anna-Christina Eilers e Anna Frebel.
“No nada”
Como a maioria das galáxias do Universo, a Via Láctea gira como a água num redemoinho, e a sua rotação é impulsionada, em parte, por toda a matéria que gira dentro do seu disco. Na década de 1970, a astrônoma Vera Rubin foi a primeira a observar que as galáxias giram de maneiras que não podem ser impulsionadas apenas pela matéria visível. Ela e os seus colegas mediram a velocidade circular das estrelas e descobriram que as curvas de rotação resultantes eram surpreendentemente planas. Ou seja, a velocidade das estrelas permaneceu a mesma em toda a galáxia, em vez de diminuir com a distância. Eles concluíram que algum outro tipo de matéria invisível deve estar agindo em estrelas distantes para lhes dar um impulso adicional.
O trabalho de Rubin em curvas de rotação foi uma das primeiras evidências fortes da existência de matéria escura – uma entidade invisível e desconhecida que se estima ter mais peso do que todas as estrelas e outra matéria visível no Universo.
Desde então, os astrônomos observaram curvas planas semelhantes em galáxias distantes, apoiando ainda mais a presença de matéria escura. Só recentemente os astrônomos tentaram traçar a curva de rotação da nossa própria galáxia com estrelas.
“Acontece que é mais difícil medir uma curva de rotação quando você está dentro de uma galáxia”, observa Ou.
Em 2019, Anna-Christina Eilers, professora assistente de física no MIT, trabalhou para traçar a curva de rotação da Via Láctea, utilizando um lote anterior de dados divulgados pelo satélite Gaia. Essa divulgação de dados incluiu estrelas a até 25 quiloparsecs, ou cerca de 81.000 anos-luz, do centro da galáxia.
Com base nestes dados, Eilers observou que a curva de rotação da Via Láctea parecia ser plana, embora com um ligeiro declínio, semelhante a outras galáxias distantes, e por inferência, a galáxia provavelmente continha uma elevada densidade de matéria escura no seu núcleo. Mas esta visão mudou agora, à medida que o telescópio divulgou um novo lote de dados, desta vez incluindo estrelas até 30 quiloparsecs – quase 100.000 anos-luz do núcleo da galáxia.
“A estas distâncias, estamos mesmo no limite da galáxia, onde as estrelas começam a desaparecer”, diz Frebel. “Ninguém havia explorado como a matéria se move nesta galáxia exterior, onde estamos realmente no nada.”
Tensão estranha
Frebel, Necib, Ou e Eilers aproveitaram os novos dados de Gaia, procurando expandir a curva de rotação inicial de Eilers. Para refinar a sua análise, a equipe complementou os dados do Gaia com medições do APOGEE – o Experimento de Evolução Galáctica do Observatório Apache Point, que mede propriedades extremamente detalhadas de mais de 700.000 estrelas na Via Láctea, tais como o seu brilho, temperatura e composição elementar.
“Inserimos todas essas informações em um algoritmo para tentar aprender conexões que possam nos fornecer melhores estimativas da distância de uma estrela”, explica Ou. “É assim que podemos avançar para distâncias maiores.”
A equipe estabeleceu as distâncias precisas para mais de 33.000 estrelas e utilizou estas medições para gerar um mapa tridimensional das estrelas espalhadas pela Via Láctea até cerca de 30 quiloparsecs. Incorporaram então este mapa num modelo de velocidade circular, para simular a rapidez com que qualquer estrela deve estar a viajar, dada a distribuição de todas as outras estrelas na galáxia. Eles então traçaram a velocidade e distância de cada estrela em um gráfico para produzir uma curva de rotação atualizada da Via Láctea.
“É aí que entra a estranheza”, diz Necib.
Em vez de ver um declínio suave como nas curvas de rotação anteriores, a equipe observou que a nova curva caiu mais fortemente do que o esperado na extremidade externa. Esta desaceleração inesperada sugere que, embora as estrelas possam viajar com a mesma rapidez até uma certa distância, elas desaceleram repentinamente nas distâncias mais distantes. As estrelas na periferia parecem viajar mais lentamente do que o esperado.
Quando a equipe traduziu esta curva de rotação para a quantidade de matéria escura que deve existir em toda a galáxia, descobriu que o núcleo da Via Láctea pode conter menos matéria escura do que o estimado anteriormente.
“Este resultado está em conflito com outras medições”, diz Necib. “Entender realmente esse resultado terá repercussões profundas. Isto pode levar a mais massas ocultas logo além da borda do disco galáctico, ou a uma reconsideração do estado de equilíbrio da nossa galáxia. Procuraremos encontrar estas respostas em trabalhos futuros, utilizando simulações de alta resolução de galáxias semelhantes à Via Láctea.”
Publicado em 07/02/2024 01h34
Artigo original:
Estudo original: