A Via Láctea mede de 100 a 120 mil anos-luz de diâmetro, uma distância que desafia a imaginação. Mas aglomerados de galáxias, que compreendem centenas a milhares de galáxias que pululam sob uma força gravitacional coletiva, podem abranger dezenas de milhões de anos-luz.
Esses aglomerados maciços são uma interação complexa entre galáxias em colisão e matéria escura. Eles parecem impossíveis de mapear com precisão. Mas agora uma equipe internacional de astrônomos que usam o Telescópio Espacial Hubble da NASA / ESA fez exatamente isso - mapeando com precisão um aglomerado de galáxias, chamado MCS J0416.1-2403, a 4,5 bilhões de anos-luz de distância.
“Embora soubemos como mapear a massa de um cluster usando lentes fortes por mais de vinte anos, demorou muito tempo para obter telescópios capazes de fazer observações suficientemente profundas e nítidas e para que nossos modelos se tornassem sofisticados o suficiente para nós mapear, em detalhes sem precedentes, um sistema tão complicado quanto o MCS J0416.1-2403 ”, disse o co-autor Jean-Paul Kneib em um comunicado à imprensa.
Medir a quantidade e a distribuição de massa dentro de objetos distantes pode ser extremamente difícil. Especialmente quando três quartos de toda a matéria do Universo é matéria escura, que não pode ser vista diretamente, pois não emite ou reflete luz. Ele interage apenas pela gravidade.
Felizmente, porém, grandes aglomerados de matéria distorcem e distorcem o tecido do espaço-tempo ao seu redor. Agindo como lentes, eles parecem ampliar e dobrar a luz que viaja por eles a partir de objetos mais distantes.
Esse efeito, conhecido como lente gravitacional, é visível apenas em casos raros e só pode ser detectado pelos maiores telescópios. Mesmo os aglomerados de galáxias, apesar de seu tamanho maciço, produzem efeitos gravitacionais mínimos em seus arredores. Na maioria das vezes, causam lentes fracas, fazendo com que fontes ainda mais distantes apareçam como apenas um pouco mais elípticas no céu.
No entanto, quando o alinhamento do cluster e do objeto distante estiver correto, os efeitos poderão ser substanciais. As galáxias de fundo podem ser iluminadas e transformadas em anéis e arcos de luz, aparecendo várias vezes na mesma imagem. É esse efeito, conhecido como lente forte, que ajudou os astrônomos a mapear a distribuição de massa no MCS J0416.1-2403.
"A profundidade dos dados nos permite ver objetos muito fracos e nos permitiu identificar galáxias com lentes mais fortes do que nunca", disse o principal autor, Dr. Jauzac. “Embora lentes fortes ampliem as galáxias de fundo, elas ainda estão muito distantes e muito fracas. A profundidade desses dados significa que podemos identificar galáxias de fundo incrivelmente distantes. Agora conhecemos mais de quatro vezes mais galáxias com lentes fortemente agrupadas do que antes. ”
Usando a Câmera avançada para pesquisas do Hubble, os astrônomos identificaram 51 novas galáxias com múltiplas imagens ao redor do aglomerado, quadruplicando o número encontrado em pesquisas anteriores. Esse efeito permitiu que Jauzac e seus colegas calculassem a distribuição da matéria visível e escura no cluster e produzissem um mapa altamente restrito de sua massa.
A massa total dentro do aglomerado é de 160 trilhões de vezes a massa do Sol, com uma incerteza de 0,5%. É o mapa mais preciso já produzido.
Mas Jauzac e colegas não planejam parar por aqui. Uma imagem ainda mais precisa do aglomerado de galáxias também precisará incluir medidas de lentes fracas. Portanto, a equipe continuará estudando o cluster usando imagens ultra-profundas do Hubble.
Eles também usarão observatórios terrestres para medir quaisquer mudanças nos espectros das galáxias e, portanto, observar as velocidades do conteúdo do aglomerado. A combinação de todas as medições não apenas aprimorará ainda mais os detalhes, mas também fornecerá um modelo 3D das galáxias dentro do cluster, lançando luz sobre sua história e evolução.
Este trabalho foi aceito para publicação no Avisos mensais da astronomia real e está disponível online.
