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Seis enxames de galáxias capturados pelo Telescópio Espacial Hubble (azul) e pelo Observatório de raios-X Chandra (cor-de-rosa), que fazem parte de um estudo de como a matéria escura em enxames galácticos se comporta quando os enxames colidem. Foram estudadas um total de 72 colisões.
Crédito: NASA e ESA
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Usando observações do Telescópio Hubble do Observatório de raios-X Chandra, astrónomos descobriram que a matéria escura não abranda quando colide com outra matéria escura, o que significa que interage com si própria menos do que se pensava anteriormente. Os investigadores dizem que este achado reduz as opções do que esta substância misteriosa poderá ser.
A matéria escura é uma matéria invisível que constitui a maior parte da massa do Universo. Dado que a matéria escura não reflete, absorve ou emite luz, só pode rastreada indiretamente, através da deformação do espaço pelas lentes gravitacionais, durante as quais a luz de uma fonte distante é ampliada e distorcida pela gravidade da matéria escura.
Para aprender mais sobre a matéria escura e testar estas teorias, os investigadores estudaram-na de forma semelhante às experiências com matéria visível - observando o que acontece quando colide com outros objetos. Neste caso, os objetos em colisão sob observação são enxames de galáxias.
Os cientistas usaram o Hubble e o Chandra para observar estas colisões espaciais. Especificamente, utilizaram o Hubble para mapear a distribuição das estrelas e da matéria escura após uma colisão, que foi rastreada por meio do seu efeito de lente gravitacional sob a luz de fundo. O Chandra foi usado para detetar a emissão de raios-X das nuvens de gás em colisão. Os resultados foram publicados na edição de 27 de março da revista Science.
"A matéria escura é um enigma que há muito procuramos desvendar," afirma John Grunsfeld, administrador assistente do Diretorado de Missões Científicas da NASA em Washington, EUA. "Com os recursos combinados destes grandes observatórios, ambos em missões prolongadas, estamos cada vez mais perto de compreender este fenómeno cósmico."
Os enxames de galáxias são constituídos por três ingredientes principais: galáxias, nuvens de gás e matéria escura. Durante as colisões, as nuvens de gás que rodeiam as galáxias colidem umas com as outras e diminuem de velocidade ou param. As galáxias são muito menos afetadas pelo arrasto do gás e, por causa das enormes lacunas entre as estrelas no seu interior, não se abrandam mutuamente.
"Nós sabemos como o gás e as estrelas reagem a estes acidentes cósmicos e de onde emergem dos destroços. Ao comparar como a matéria escura se comporta, podemos determinar melhor o que realmente é," comenta David Harvey, autor principal do estudo e da EPFL (École Polytechnique Fédérale de Lausanne) na Suíça.
Harvey e a sua equipa estudaram 72 grandes colisões de enxames. As colisões aconteceram em diferentes momentos e foram vistas de ângulos diferentes - algumas de lado, outras de frente.
A equipa descobriu que, tal como as galáxias, a matéria escura continuou em linha reta através das colisões violentas sem abrandar muito. Isto significa que a matéria escura não interage com as partículas visíveis e voa por outra matéria escura com muito menos interação do que se pensava anteriormente. Se a matéria escura arrastasse outra matéria escura, a distribuição das galáxias teria mudado.
"Um estudo anterior tinha visto um comportamento semelhante no Enxame da Bala," explica o membro da equipa, Richard Massey, da Universidade de Durham, no Reino Unido. "Mas é difícil interpretar o que estamos a ver se temos apenas um exemplo. Cada colisão demora centenas de milhões de anos, por isso durante uma vida humana conseguimos apenas ver uma 'imagem parada da câmara cósmica’. Agora que estudámos muitas mais colisões, podemos começar a juntar todas as peças do filme para melhor entender o que está a acontecer."
Com esta descoberta, a equipa reduziu com sucesso as propriedades da matéria escura. Os teóricos da física de partículas têm agora um conjunto menor de incógnitas para resolver quando construírem os seus modelos.
"Não é claro o quanto esperamos que a matéria escura interaja com si própria porque a matéria escura já está a ir contra tudo o que sabemos," afirma Harvey. "Nós sabemos, a partir de observações anteriores, que deve interagir muito pouco com si própria."
A matéria escura pode ter propriedades ricas e complexas, e ainda existem vários outros tipos de interações para estudar. Estes resultados mais recentes descartam interações que criam uma força de atrito forte, fazendo com que a matéria escura abrande durante colisões.
A equipa também vai estudar outras possíveis interações, tais como partículas de matéria escura que fazem ricochete mútuo (como bolas de bilhar) e são expelidas das nuvens por colisões, ou bolhas de matéria escura que mudam de forma. A equipa também quer estudar colisões que envolvem galáxias individuais, eventos muito mais comuns.
"Ainda existem vários candidatos viáveis para a matéria escura, por isso o jogo ainda não chegou ao fim. Mas estamos cada vez mais perto da resposta," explica Harvey. "Estes astronomicamente grandes aceleradores de partículas estão finalmente deixando-nos vislumbrar o mundo escuro em nosso redor, mas apenas fora do nosso alcance."
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Notícias relacionadas:
NASA (comunicado de imprensa)
Universidade de Durhamn (comunicado de imprensa)
EPFL (comunicado de imprensa)
Artigo científico (arXiv.org)
Science
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science 2.0
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(e) Science News
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AstroPT
Matéria escura:
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Telescópio Espacial Hubble:
Hubble, NASA
ESA
STScI
SpaceTelescope.org
Base de dados do Arquivo Mikulski para Telescópios Espaciais
Observatório Chandra:
Página oficial (Harvard)
Página oficial (NASA)
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