Desafiando teorias, esta galáxia fantasmagórica quase não tem matéria escura

Uma galáxia única está defendendo a matéria escura, embora tenha muito pouco dessa substância misteriosa. Os astrônomos determinaram que a galáxia NGC 1052-DF2, ou DF2 para breve, tem 400 vezes menos matéria escura do que o esperado para um objeto de seu tamanho.

Além de fornecer informações sobre como as galáxias se formam, a galáxia incomum está ajudando a fortalecer o argumento para a existência da matéria escura, disseram os pesquisadores.

De acordo com o principal autor do novo artigo, Pieter van Dokkum, um pesquisador da Universidade de Yale, a descoberta galáctica desafia a ideia padrão de como as galáxias nascem. Embora as interações entre a matéria normal e escura tenham sido consideradas um elemento-chave na formação da galáxia, a escassez de matéria escura nesta galáxia desafia essa suposição.



“Aparentemente, a matéria escura não é um requisito para a formação de uma galáxia”, disse van Dokkum à Space.com por e-mail. [Galeria: 65 grandes sucessos de todos os tempos]

Uma imagem do telescópio espacial Hubble da galáxia NGC 1052-DF2. Galáxias distantes são visíveis através de DF2 devido à falta de estrelas.

Uma imagem do telescópio espacial Hubble da galáxia NGC 1052-DF2. Galáxias distantes são visíveis através de DF2 devido à falta de estrelas.(Crédito da imagem: P. van Dokkum / R. Abraham / STScI, Space Telescope Science Institute)

Deficiência de matéria escura

Matéria escura é uma forma de matéria cuja presença é discernível apenas por meio de suas interações gravitacionais com a matéria bariônica, ou 'normal'. A matéria invisível parece constituir cerca de 80 por cento da massa do universo e acredita-se que desempenhe um papel fundamental na evolução galáctica.

O misterioso material é considerado o andaime do universo. Pequenos pedaços de matéria escura se aglomeram para criar os ossos do andaime, crescendo com o tempo. Este crescimento é acompanhado pela formação de estrelas a partir do gás e da poeira da galáxia. De acordo com a NASA , acredita-se que a interação de estrelas e galáxias dentro da matéria escura tenha produzido as galáxias que os astrônomos observam hoje.

Mas o DF2 desafia essa ideia. Van Dokkum e seus colegas foram atraídos pela primeira vez para a estranha galáxia por uma coleção de 10 objetos compactos excepcionalmente brilhantes orbitando ao redor dela. Usando uma combinação da luz das estrelas da galáxia e sua cor, os cientistas mediram quanta massa normal poderia ser encontrada dentro da galáxia. Eles descobriram que o DF2 tem aproximadamente o tamanho da Via Láctea, mas tem cerca de 200 vezes menos estrelas.

A massa das estrelas combinadas é cerca de 200 milhões de vezes a massa do Sol da Terra, uma unidade conhecida como massa solar. Os pesquisadores então usaram o movimento dos objetos brilhantes, classificados como aglomerados globulares , para calcular a massa total da galáxia.

'Para uma galáxia com uma massa estelar de cerca de 200 milhões de massas solares, esperamos uma massa de matéria escura de cerca de 80.000 milhão massas solares ', disse van Dokkum. A massa total do sistema, no entanto, não pesava mais do que 300 milhões de massas solares, significativamente menos do que o previsto.

Se a matéria escura é um ingrediente chave para a formação de galáxias, então como o DF2 se formou? Os pesquisadores sugeriram que o DF2 poderia ser uma antiga galáxia anã das marés, formada a partir do gás expelido de outras galáxias em fusão. O DF2 não fica longe de outra galáxia elíptica que poderia ter doado o material em uma fusão anterior, disseram os pesquisadores.

Outra explicação potencial é que os ventos soprando através do meio interestelar varreram gás suficiente para construir a galáxia incomum, uma explicação também reforçada pelo vizinho próximo de DF2. O material fluindo em direção à galáxia vizinha também poderia ter se fragmentado, ajudando a formar o objeto único.

'Pensamos que todas as galáxias eram feitas de estrelas, gás e matéria escura misturados, mas com a matéria escura sempre dominando', Roberto Abraham, coautor do estudo e pesquisador da Universidade de Toronto, disse em um comunicado . 'Agora, parece que pelo menos algumas galáxias existem com muitas estrelas e gás e quase nenhuma matéria escura. É muito bizarro. '

A pesquisa foi publicada online hoje (28 de março) na revista. Natureza .

Roberto Abraham (extrema esquerda) da Universidade de Toronto, Pieter van Dokkum (extrema direita) da Universidade de Yale e sua equipe de estudantes de pós-graduação em Toronto e Yale posam com metade do Dragonfly Telephoto Array de 48 lentes no Novo México.

Roberto Abraham (extrema esquerda) da Universidade de Toronto, Pieter van Dokkum (extrema direita) da Universidade de Yale e sua equipe de estudantes de pós-graduação em Toronto e Yale posam com metade do Dragonfly Telephoto Array de 48 lentes no Novo México.(Crédito da imagem: Universidade de Toronto)

Uma galáxia transparente

DF2 fica a cerca de 6,5 bilhões de anos-luz da Via Láctea, uma das várias galáxias encontradas dentro de um grupo galáctico. Esta galáxia não é uma descoberta recente, mas seu enxame de aglomerados globulares excepcionalmente brilhantes chamou a atenção dos pesquisadores, que estavam estudando uma classe de galáxias conhecida como galáxias ultra difusas . Essas galáxias tênues, que incluem DF2, podem ser tão grandes quanto a Via Láctea, mas brilham apenas 1% mais.

DF2 não se parece muito com outras galáxias, de acordo com o comunicado. Ao contrário das galáxias espirais, falta-lhe uma região central densa ou os braços espirais característicos. E, ao contrário das galáxias elípticas, não mostra nenhum sinal de uma buraco negro . Na verdade, a galáxia fantasmagórica e transparente é tão esparsa que as galáxias atrás dela são visíveis.

Aglomerados globulares são coleções esféricas de estrelas orbitando suas galáxias-mãe como satélites. Eles são bastante comuns para galáxias; mais de 150 desses objetos orbitam a Via Láctea, enquanto grandes galáxias como a vizinha Andrômeda podem ter mais de 500 .

Van Dokkum e Abraham têm investigado galáxias ultra-difusas usando o Dragonfly Telephoto Array, um instrumento que a dupla projetou para investigar objetos astronômicos tênues. Em 2015, a equipe usou o Dragonfly para localizar uma galáxia ultra-difusa composta quase completamente de matéria escura . Foi quando os 10 aglomerados globulares excepcionalmente brilhantes orbitando o nebuloso DF2 chamaram a atenção dos pesquisadores.

Estendendo-se por uma média de 20 anos-luz de diâmetro, os aglomerados brilham muito mais do que outros objetos semelhantes, embora sejam cerca de duas vezes menos densos do que seus outros aglomerados. De acordo com van Dokkum, 'eles são quase tão brilhantes quanto o Omega Centauri, o aglomerado globular mais brilhante da Via Láctea'.

Apesar disso, sua massa representa colossais 3 por cento da massa total do DF2, aproximadamente 1.000 vezes mais do que se espera que os aglomerados globulares contribuam.

Um artigo separado detalhando os 10 aglomerados globulares foi aceito para publicação no The Astrophysical Journal Letters. Van Dokkum e seus colegas disseram que pretendem continuar estudando as coleções brilhantes em mais detalhes para confirmar sua conexão com o DF2. Eles também continuarão a busca por outras galáxias ultra-difusas que possam se parecer com a incomum galáxia livre de matéria escura.

Os pesquisadores disseram suspeitar que o déficit de matéria escura da galáxia, os estranhos aglomerados brilhantes e o tamanho surpreendente da galáxia estão conectados.

'Faz sentido pensar que todos esses aspectos incomuns estão relacionados', disse van Dokkum. 'Neste ponto, não sabemos como.'

Defendendo a matéria escura

Estudos de galáxias na década de 1950 primeiro indicou que o universo continha mais matéria do que poderia ser medido a olho nu. Medições dos movimentos de galáxias e aglomerados globulares há muito sugerem que esses objetos estão girando mais rapidamente do que pode ser contabilizado com base em medições de matéria visível.

Ironicamente, embora seja deficiente em matéria escura, o DF2 pode ajudar a argumentar a favor da existência do material invisível. Embora a maioria dos pesquisadores pareça concordar que a matéria escura domina o universo, existem explicações alternativas. Dinâmica Newtoniana Modificada (MOND) propõe uma modificação das leis de Newton para dar conta das discrepâncias observadas. Gravidade emergente é outra ideia que sugere que o espaço-tempo é feito de pequenos elementos cujo movimento coletivo produz a força da gravidade. O par é o mais dominante de várias propostas científicas que argumentam contra a matéria escura.

'Nessas teorias, a matéria escura não é real, mas uma ilusão, causada por nossa falta de conhecimento da gravidade em grandes escalas', disse van Dokkum. 'Se for esse o caso, cada galáxia deveria mostrar uma assinatura de matéria escura - não é algo que você pode ligar ou desligar nesses modelos.'

Até a descoberta do DF2, era esse o caso. Mas a própria existência de uma galáxia virtualmente sem matéria escura faz com que esses modelos de matéria não escura sejam incorretos, disse ele.

'Paradoxalmente, a ausência de matéria escura nesta galáxia é evidência da existência [da matéria escura]', disse van Dokkum.

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