Simplificando, acredita-se que Dark Matter não apenas compõe a maior parte da massa do Universo, mas também atua como o andaime sobre o qual as galáxias são construídas. Mas, para encontrar evidências dessa massa misteriosa e invisível, os cientistas são forçados a confiar em métodos indiretos semelhantes aos usados para estudar buracos negros. Essencialmente, eles medem como a presença de Dark Matter afeta estrelas e galáxias nas proximidades.
Até o momento, os astrônomos conseguiram encontrar evidências de aglomerados de matéria escura em torno de galáxias médias e grandes. Usando dados do telescópio espacial Hubble e uma nova técnica de observação, uma equipe de astrônomos da UCLA e da NASA JPL descobriu que a matéria escura pode formar aglomerados muito menores do que se pensava anteriormente. Essas descobertas foram apresentadas nesta semana na 235a reunião da Sociedade Astronômica Americana (AAS).
A teoria mais amplamente aceita sobre a matéria escura afirma que ela não é composta do mesmo material que a bariônica (também conhecida como matéria normal ou "luminosa") - ou seja, prótons, nêutrons e elétrons. Em vez disso, teoriza-se que a Matéria Escura é composta de algum tipo de partícula subatômica desconhecida que interage com a matéria normal apenas através da gravidade, a mais fraca das forças fundamentais - as outras sendo forças eletromagnéticas, fortes e fracas.
Outra teoria amplamente aceita afirma que a matéria escura se move lentamente em comparação com outros tipos de partículas e, portanto, é propensa a aglomerações. De acordo com essa idéia, o Universo deve conter uma ampla gama de concentrações de matéria escura, variando de pequena a grande. No entanto, até agora, nunca foram observadas pequenas concentrações.
Usando dados obtidos pela Wide Field Camera 3 (WFC3) do Hubble, a equipe de pesquisa procurou evidências desses pequenos aglomerados medindo a luz dos núcleos brilhantes de oito galáxias distantes (também conhecidas como quasares) para ver como é afetada à medida que viaja. através do espaço. Essa técnica, comumente empregada pelos astrônomos para estudar galáxias distantes, aglomerados de estrelas e até exoplanetas, é conhecida como lente gravitacional.
Originalmente prevista pela Teoria da Relatividade Geral de Einstein, essa técnica depende da força gravitacional de grandes objetos cósmicos para distorcer e ampliar a luz de objetos mais distantes. Daniel Gilman, da UCLA, que era membro da equipe de observação, explicou o processo da seguinte maneira:
“Imagine que cada uma dessas oito galáxias é uma lupa gigante. Pequenos aglomerados de matéria escura agem como pequenas rachaduras na lupa, alterando o brilho e a posição das quatro imagens do quasar em comparação com o que você esperaria ver se o vidro fosse liso. ”
Como esperado, o Hubble imagens mostraram que a luz proveniente desses oito quasares estava sujeita a um efeito de lente que é consistente com a presença de pequenos aglomerados ao longo da linha de visão do telescópio e dentro e ao redor das galáxias de lente de primeiro plano. Os oito quasares e galáxias estavam alinhados tão precisamente que o efeito de distorção produziu quatro imagens distorcidas de cada quasar.
Usando programas de computação elaborados e técnicas intensivas de reconstrução, a equipe comparou o nível de distorção com as previsões de como os quasares apareceriam sem a influência da Matéria Negra. Essas medidas também foram usadas para calcular as massas das concentrações de matéria escura, o que indicava que elas eram 1 / 10.000 a 1 / 100.000 vezes a massa do halo da Matéria Escura da Via Láctea.
Além de ser a primeira vez que pequenas concentrações foram observadas, os resultados da equipe confirmam uma das previsões fundamentais da teoria "Cold Dark Matter". Essa teoria postula que, como a Matéria Negra é lenta (ou "fria"), ela é capaz de formar estruturas que variam de pequenas concentrações a tremendas que são várias vezes a massa da Via Láctea.
Essa teoria também afirma que todas as galáxias no Universo se formaram dentro das nuvens da Matéria Negra conhecidas como "halos" e foram incorporadas a elas. Em vez de evidências de aglomerados de pequena escala, alguns pesquisadores sugeriram que a Matéria Negra pode realmente ser "quente" - ou seja, de movimento rápido - e, portanto, muito rápida para formar concentrações menores.
No entanto, as novas observações oferecem prova definitiva de que a teoria da matéria escura escura e o modelo cosmológico que ela apóia - o modelo da matéria escura escura de Lambda (? CDM) - está correta. Como explicou o membro da equipe, Prof. Tommaso Treu, da Universidade da Califórnia, Los Angeles (UCLA)), estes últimos Hubble as observações produzem novas idéias sobre a natureza da matéria escura e como ela se comporta.
"Fizemos um teste de observação muito convincente para o modelo de matéria escura fria e ele passa com cores vivas", disse ele. "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."
Anna Nierenberg, pesquisadora do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA que liderou o Hubble pesquisa, explicou mais a fundo:
Caçar concentrações de matéria escura desprovidas de estrelas provou ser um desafio. A equipe de pesquisa do Hubble, no entanto, usou uma técnica na qual eles não precisavam procurar a influência gravitacional das estrelas como rastreadores da matéria escura. A equipe mirou oito “candeeiros” cósmicos poderosos e distantes, chamados quasares (regiões em torno de buracos negros ativos que emitem enormes quantidades de luz). Os astrônomos mediram como a luz emitida pelo oxigênio e pelo gás neon orbitando os buracos negros de cada um dos quasares é distorcida pela gravidade de uma galáxia em primeiro plano, que atua como uma lente de aumento.
O número de pequenas estruturas detectadas no estudo oferece mais pistas sobre a natureza das partículas de matéria escura, uma vez que suas propriedades afetariam a quantidade de aglomerados. No entanto, o tipo de partícula que a Dark Matter é composta permanece um mistério por enquanto. Felizmente, espera-se que a implantação de telescópios espaciais de próxima geração no futuro próximo ajude nesse sentido.
Isso inclui o Telescópio Espacial James Webb (JWST) e o Telescópio de Pesquisa por Infravermelho de Campo Largo (WFIRST), ambos observatórios de infravermelho que estão programados para subir nesta década. Com sua óptica sofisticada, espectrômetros, amplo campo de visão e alta resolução, esses telescópios poderão observar regiões inteiras do espaço afetadas por galáxias maciças, aglomerados de galáxias e seus respectivos halos.
Isso deve ajudar os astrônomos a determinar a verdadeira natureza da matéria escura e a aparência de suas partículas constituintes. Ao mesmo tempo, os astrônomos planejam usar esses mesmos instrumentos para aprender mais sobre a energia escura, outro grande mistério cosmológico que só pode ser estudado indiretamente por enquanto. Tempos emocionantes estão à frente!
