Top thingy left
 
HUBBLE DETETA OS MAIS PEQUENOS AGLOMERADOS CONHECIDOS DE MATÉRIA ESCURA
14 de janeiro de 2020

 


Cada um destes instantâneos do Hubble revela quatro imagens distorcidas de um quasar de fundo e da sua galáxia hospedeira em redor do núcleo central de uma galáxia massiva no plano da frente. A gravidade da galáxia massiva no plano da frente atua como uma lupa distorcendo a luz do quasar num efeito chamado lente gravitacional. Os quasares são "candeeiros" cósmicos extremamente distantes produzidos por buracos negros ativos. Estas imagens quádruplas dos quasares são raras devido ao alinhamento quase exato necessário entre a galáxia no plano da frente e o quasar de fundo. Os astrónomos usaram o efeito de lente gravitacional para detetar os aglomerados mais pequenos de matéria escura já encontrados. Os aglomerados estão localizados ao longo da linha de visão do telescópio até os quasares, bem como nas galáxias no plano da frente e em seu redor. A presença das concentrações de matéria escura altera o brilho aparente e a posição de cada imagem distorcida do quasar. Os astrónomos compararam estas medições com previsões de como as imagens dos quasares seriam sem a influência dos aglomerados de matéria escura. Os investigadores usaram estas medições para calcular as massas das pequenas concentrações de matéria escura. O instrumento WFC3 do Hubble capturou a luz no infravermelho próximo para cada quasar e dispersou-a nas suas cores componentes para estudo com espectroscopia. As imagens foram obtidas entre 2015 e 2018.
Crédito: NASA, ESA, A. Nierenberg (JPL) e T. Treu (UCLA)

 

Usando o Telescópio Espacial Hubble da NASA e uma nova técnica de observação, os astrónomos descobriram que a matéria escura forma aglomerados muito mais pequenos do que se pensava anteriormente. Este resultado confirma uma das previsões fundamentais da teoria amplamente aceite da "matéria escura fria".

Todas as galáxias, de acordo com esta teoria, se formam e estão embebidas dentro de nuvens de matéria escura. A matéria escura propriamente dita consiste de partículas lentas, ou "frias", que se juntam para formar estruturas que variam de centenas de milhares de vezes a massa da Via Láctea até aglomerados não mais massivos do que um avião comercial (neste contexto, "fria" refere-se à velocidade das partículas).

A observação do Hubble fornece novas ideias sobre a natureza da matéria escura e de como se comporta. "Fizemos um teste de observação muito convincente do modelo de matéria escura fria e este passa com notas excelentes'," disse Tommaso Treu da Universidade da Califórnia, EUA, membro da equipa de observação.

A matéria escura é uma forma invisível de matéria que compõe a maior parte da massa do Universo e cria os andaimes sobre os quais as galáxias são construídas. Embora os astrónomos não possam ver a matéria escura, podem detetar a sua presença indiretamente medindo como a sua gravidade afeta as estrelas e as galáxias. A deteção das formações mais pequenas de matéria escura, procurando estrelas incorporadas, pode ser difícil ou impossível, porque contêm muito poucas estrelas.

Embora já tenham sido detetadas concentrações de matéria escura em torno de galáxias grandes e médias, até agora ainda não tinham sido encontrados aglomerados muito mais pequenos de matéria escura. Na ausência de evidências observacionais de tais aglomerados de pequena escala, alguns investigadores desenvolveram teorias alternativas, incluindo "matéria escura quente". Esta ideia sugere que as partículas de matéria escura se movem rapidamente, passando depressa demais para se fundirem e formarem concentrações mais pequenas. As novas observações não suportam este cenário, descobrindo que a matéria escura é "mais fria" do que teria que ser na teoria alternativa da matéria escura quente.

"A matéria escura é mais fria do que pensávamos a escalas mais pequenas," disse Anna Nierenberg do JPL da NASA em Pasadena, no estado norte-americano da Califórnia, líder do levantamento do Hubble. "Os astrónomos já realizaram outros testes observacionais das teorias da matéria escura, mas o nosso fornece a evidência mais forte, até ao momento, da presença de pequenos aglomerados de matéria escura fria. Ao combinar as previsões teóricas mais recentes, ferramentas estatísticas e novas observações do Hubble, temos agora um resultado muito mais robusto do que era possível anteriormente."

A procura de concentrações de matéria escura sem estrelas provou ser um desafio. A equipa de investigação do Hubble, no entanto, usou uma técnica na qual não precisavam de procurar a influência gravitacional de estrelas como rastreadores de matéria escura. A equipa teve como alvos oito "candeeiros" cósmicos poderosos e distantes, chamados quasares (regiões em torno de buracos negros ativos que emitem enormes quantidades de luz). Os astrónomos mediram como a luz emitida pelo oxigénio e néon, em órbita de cada um dos buracos negros dos quasares, é distorcida pela gravidade de uma galáxia massiva no plano da frente, que atua como uma lupa.

Usando este método, a equipa descobriu grupos de matéria escura ao longo da linha de visão do telescópio até aos quasares, bem como dentro e ao redor das galáxias intervenientes. As concentrações de matéria escura detetadas pelo Hubble têm 1/10.000 a 1/100.000 vezes a massa do halo de matéria escura da Via Láctea. Muitos destes pequenos grupos provavelmente não contêm sequer galáxias pequenas e, portanto, seriam impossíveis de detetar pelo método tradicional de procurar estrelas embebidas.

Os oito quasares e galáxias estavam alinhados tão precisamente que o efeito de distorção, chamado lente gravitacional, produziu quatro imagens distorcidas de cada quasar. O efeito é como olhar para um espelho de uma casa de diversões numa feira. As imagens quádruplas de quasares são raras devido ao alinhamento quase exato necessário entre a galáxia em primeiro plano e o quasar no plano de trás. No entanto, os investigadores precisaram de várias imagens para realizar uma análise mais detalhada.

A presença de aglomerados de matéria escura altera o brilho e a posição aparentes de cada imagem distorcida do quasar. Os astrónomos compararam estas medições com previsões de como as imagens dos quasares seriam sem a influência da matéria escura. Os investigadores usaram as medições para calcular as massas das pequenas concentrações de matéria escura. Para analisar os dados, os cientistas também desenvolveram elaborados programas de computação e técnicas intensivas de reconstrução.

"Imagine que cada uma destas oito galáxias é uma lupa gigante," explicou Daniel Gilman, membro da equipa na UCLA. "Os pequenos aglomerados de matéria escura agem como pequenas rachas na lupa, alterando o brilho e posição das quatro imagens do quasar em comparação com o que esperaríamos ver se o vidro não estivesse rachado."

Os investigadores usaram o instrumento WFC3 (Wide Field Camera 3) do Hubble para capturar a luz infravermelha próxima de cada quasar e para dispersá-la nas suas cores componentes para estudo com espectroscopia. As emissões únicas dos quasares de fundo são melhor observadas no infravermelho. "As observações do Hubble, a partir do espaço, permitem-nos fazer estas medições em sistemas de galáxias que não seriam acessíveis com telescópios terrestres de menor resolução - e a atmosfera da Terra é opaca à luz infravermelha que precisamos de observar," explicou Simon Birrer, membro da equipa na UCLA.

Treu acrescentou: "É incrível que, após quase 30 anos de operação, o Hubble permita visões de ponta da física fundamental e da natureza do Universo com que nem sonhávamos quando o telescópio foi lançado."

As lentes gravitacionais foram descobertas através de levantamentos cá na Terra, como o SDSS (Sloan Digital Sky Survey) e o DES (Dark Energy Survey), que fornecem os mapas tridimensionais mais detalhados do Universo já feitos. Os quasares estão localizados a aproximadamente 10 mil milhões de anos-luz da Terra; as galáxias no plano da frente, a cerca de 2 mil milhões de anos-luz.

O número de pequenas estruturas detetadas no estudo fornece mais pistas sobre a natureza da matéria escura. "As propriedades das partículas da matéria escura afetam o número de aglomerados formados," explicou Nierenberg. "Isto significa que podemos aprender mais sobre a física das partículas de matéria escura contando o número de pequenos aglomerados."

No entanto, o tipo de partícula que compõe a matéria escura é ainda um mistério. "De momento, não existem evidências diretas, no laboratório, da existência de partículas de matéria escura," disse Birrer. "Os físicos de partículas nem sequer falariam sobre a matéria escura se os cosmólogos não dissessem que ela existe, com base nas observações dos seus efeitos. Quando nós, cosmólogos, falamos sobre matéria escura, estamos a perguntar 'como é que governa a aparência do Universo, e em que escalas?'"

Os astrónomos poderão realizar estudos de acompanhamento da matéria escura usando telescópios espaciais de próxima geração como o JWST (James Webb Space Telescope) e o WFIRST (Wide Field Infrared Survey Telescope), ambos observatórios infravermelhos. O Webb será capaz de obter eficazmente estas medições para todos os quasares quadruplamente ampliados por lentes gravitacionais. A nitidez e o amplo campo de visão do WFIRST vão ajudar os astrónomos os astrónomos a fazer observações de toda a região do espaço afetada pelo imenso campo gravitacional de galáxias massivas e enxames de galáxias. Isto vai ajudar os investigadores a descobrir muito mais destes sistemas raros.

A equipa apresentou os seus resultados na 235.ª reunião da Sociedade Astronómica Americana em Honolulu, Hawaii.

 


comments powered by Disqus

 


Este gráfico ilustra como a luz de um quasar distante é alterada por uma galáxia massiva no plano da frente e por pequenos aglomerados de matéria escura ao longo do percurso da luz. A poderosa gravidade da galáxia distorce e amplia a luz do quasar, produzindo quatro imagens distorcidas do quasar. Os aglomerados estão localizados ao longo da linha de visão do telescópio até os quasares, bem como nas galáxias no plano da frente e em seu redor. A presença das concentrações de matéria escura altera o brilho aparente e a posição de cada imagem distorcida do quasar. Os astrónomos compararam estas medições com previsões de como as imagens dos quasares seriam sem a influência dos aglomerados de matéria escura. Os investigadores usaram estas medições para calcular as massas das pequenas concentrações de matéria escura. Os investigadores usaram estas medições para calcular as massas das pequenas concentrações de matéria escura. As imagens quádruplas de um quasar são raras porque o quasar de fundo e a galáxia no plano da frente requerem um alinhamento quase perfeito.
Crédito: NASA, ESA e D. Player (STScI)


// NASA (comunicado de imprensa)
// Hubblesite (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)
// Artigo científico (arXiv.org)

Saiba mais

Notícias relacionadas:
Sky & Telescope
Universe Today
science alert
Astronomy Now
PHYSORG
ZME Science

Matéria escura:
Wikipedia

Quasar:
Wikipedia

Lentes gravitacionais:
Wikipedia

Telescópio Espacial Hubble:
Hubble, NASA 
ESA
STScI
SpaceTelescope.org
Base de dados do Arquivo Mikulski para Telescópios Espaciais

 
Top Thingy Right