Astrónomos realizaram uma descoberta impressionante ao rastrear, apenas pelos efeitos da gravidade, uma pequena concentração extremamente densa de matéria invisível incrustada numa galáxia cuja luz levou cerca de 7,3 bilhões de anos para chegar até nós.
O que exatamente é esse “aglomerado” ainda não está definido, mas o que chama atenção é o tamanho para a distância em que foi identificado: aproximadamente um milhão de vezes a massa do Sol. Trata-se do menor objeto já encontrado com base em efeitos gravitacionais a grandes distâncias cósmicas - cerca de 100 vezes menor do que o recorde anterior.
"Este é o objeto de menor massa conhecido por nós, em duas ordens de magnitude, a ser detectado a uma distância cosmológica pelo seu efeito gravitacional", explica uma equipa liderada pelo astrofísico Devon Powell, do Instituto Max Planck de Astrofísica, na Alemanha.
"Este trabalho demonstra a viabilidade observacional de usar imagens gravitacionais para investigar o regime de um milhão de massas solares muito além do nosso Universo local."
Matéria escura: o que sabemos e o que ainda falta mapear
Pelas observações do Universo, existe algo que não emite luz e que interage com o restante cosmos apenas por meio da gravidade.
Esse “algo” recebe o nome de matéria escura, e há várias hipóteses sobre o que ela pode ser. Uma pista importante é a sua consistência: se está distribuída de forma suave ou se aparece em aglomerados. O problema é que, por não emitir luz, a matéria escura é difícil de mapear diretamente.
Como a lente gravitacional revela massa invisível
É aqui que a gravidade entra como ferramenta. Tudo o que tem massa curva o espaço-tempo ao seu redor - e quanto maior a massa, maior a curvatura. Imagine, por exemplo, colocar uma bola de boliche sobre uma cama elástica. Se você fizer uma bolinha de gude atravessar a lona esticada, ela vai seguir um caminho curvo ao redor da bola de boliche.
Agora pense na bola de boliche como uma galáxia e na bolinha de gude como um fóton. Um conjunto de fótons vindo de uma galáxia distante, ao atravessar o espaço-tempo deformado pela gravidade de uma galáxia mais próxima, chega até nós esticado, distorcido e ampliado. Esse fenómeno é chamado de lente gravitacional.
Além de ser uma ferramenta extraordinária para estudar o Universo distante - ampliando regiões que a tecnologia não consegue observar desse modo -, a lente gravitacional também permite usar essa luz deformada para reconstruir a distribuição de matéria na galáxia que faz o “lenteamento” em primeiro plano.
JVAS B1938+666: a lente gravitacional e o “dente” no arco de luz
Foi exatamente isso que Powell e os seus colegas procuraram fazer. Para isso, recorreram a uma ampla rede de radiotelescópios, incluindo o Telescópio de Green Bank, a Matriz de Linha de Base Muito Longa e a Rede Europeia de Interferometria de Linha de Base Muito Longa, concentrando-se num sistema de lente gravitacional bem conhecido chamado JVAS B1938+666.
Esse sistema é composto por uma galáxia em primeiro plano, com tempo de viagem da luz de cerca de 7,3 bilhões de anos, e uma galáxia ainda mais distante, com aproximadamente 10,5 bilhões de anos de tempo de viagem da luz. A luz da galáxia mais distante foi esticada e quadruplicada pela galáxia em primeiro plano.
Uma das imagens da galáxia “lenteada” aparece como um arco de luz intenso e borrado. Dentro desse arco, os investigadores identificaram uma espécie de “beliscão”, como um pequeno afundamento. Eles concluíram que a galáxia que atua como lente, sozinha, não conseguiria produzir esse efeito. Em vez disso, a origem teria de ser um aglomerado adicional de massa - uma inferência obtida com um nível de confiança de 26 sigma.
"A partir da primeira imagem de alta resolução, observámos imediatamente um estreitamento no arco gravitacional, que é o sinal revelador de que tínhamos algo em mãos", diz o astrónomo John McKean, da Universidade de Groningen, nos Países Baixos.
"Apenas outro pequeno aglomerado de massa entre nós e a galáxia de rádio distante poderia causar isso."
O que pode ser o objeto: matéria escura ou galáxia anã
Esse aglomerado não emite luz - nem em comprimentos de onda ópticos, nem no rádio, nem no infravermelho. Ou é completamente escuro, ou é fraco demais para ser visto. Com isso, há mais de uma possibilidade em aberto.
As principais candidatas são: um aglomerado de matéria escura ou uma galáxia anã que emite pouca luz demais para ser detectada.
Por enquanto, ambas as opções parecem plausíveis, e serão necessários mais estudos para identificar qual delas é a responsável.
"Dada a sensibilidade dos nossos dados, esperávamos encontrar pelo menos um objeto escuro, então a nossa descoberta é consistente com a chamada 'teoria da matéria escura fria', na qual se baseia grande parte da nossa compreensão sobre como as galáxias se formam", afirma Powell.
"Depois de encontrar um, a pergunta agora é se conseguimos encontrar mais e se o número deles continuará a concordar com os modelos."
Os resultados foram detalhados em artigos complementares publicados na revista Astronomia da Natureza e na revista Notícias Mensais da Sociedade Astronómica Real.
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