Físicos explicam as características invulgares de uma corrente estelar

Características de esporão e lacuna vistas no fluxo estelar GD-1 da Via Láctea podem ser causadas por subhalo de matéria escura autointerativo 

A corrente estelar GD-1 (topo), vista juntamente com a Via Láctea. Crédito: imagem gerada com a visualização de Adrian-Price-Whelan 

Físicos propuseram uma solução para um enigma de longa data que envolve a corrente estelar GD-1, uma das correntes mais bem estudadas no interior do halo galáctico da Via Láctea, conhecida pela sua estrutura longa e fina e pelas suas características invulgares.

A equipa de investigadores, liderada por Hai-Bo Yu, da Universidade da Califórnia em Riverside, propôs que um "sub-halo" de matéria escura autointerativa em colapso do núcleo - um halo satélite mais pequeno dentro do halo galáctico - é responsável pelas características peculiares em forma de esporão e pelas lacunas observadas na corrente estelar GD-1.

Os resultados do estudo foram publicados na revista The Astrophysical Journal Letters. A investigação poderá ter implicações significativas para a compreensão das propriedades da matéria escura no Universo.

Um fluxo estelar é um grupo de estrelas que se movem coletivamente ao longo de uma trajetória partilhada. Uma lacuna refere-se a uma subdensidade localizada de estrelas ao longo da corrente, enquanto um esporão é uma sobredensidade de estrelas que se estende para fora do corpo principal da corrente. Uma vez que a matéria escura governa o movimento das correntes estelares, os astrónomos podem usá-las para localizar matéria escura invisível numa galáxia.

O halo galáctico da Via Láctea, uma região aproximadamente esférica que rodeia a Galáxia, contém matéria escura e estende-se para além da orla visível da Galáxia.

Os astrónomos descobriram que as características de esporão e a lacuna da corrente estelar GD-1 não podem ser facilmente atribuídas à influência gravitacional de enxames globulares conhecidos ou galáxias satélite da Via Láctea. Estas características podem ser explicadas, no entanto, por um objeto perturbador desconhecido, como um sub-halo. Mas a densidade do objeto teria de ser significativamente mais elevada do que a prevista pelos tradicionais subhalos de matéria escura fria.

"Os subhalos de matéria escura fria não têm tipicamente a densidade necessária para produzir as características distintivas observadas na corrente GD-1", explicou Yu, professor de física e astronomia. "No entanto, a nossa investigação demonstra que um sub-halo de matéria escura autointerativa em colapso do núcleo pode atingir a densidade necessária. Um sub-halo tão compacto seria suficientemente denso para exercer a influência gravitacional necessária para explicar as perturbações observadas na corrente GD-1". 

Pensa-se que a matéria escura, que não pode ser vista diretamente, constitui 85% da matéria do Universo. A sua natureza não é bem compreendida. A matéria escura fria, a teoria da matéria escura predominante, assume que as partículas de matéria escura não têm colisões. A matéria escura autointerativa em colapso do núcleo, uma forma teórica de matéria escura, propõe que as partículas de matéria escura interagem entre si através de uma nova força escura.

No seu estudo, Yu e a sua equipa utilizaram simulações numéricas chamadas simulações de N-corpos para modelar o comportamento de um subhalo de matéria escura autointerativa em colapso do núcleo.

"As descobertas da nossa equipa fornecem uma nova explicação para as características observadas de GD-1, que há muito se pensa indicarem um encontro próximo com um objeto denso", disse Yu. "No nosso cenário, o objeto perturbador é o sub-halo de matéria escura autointerativa, que perturba as distribuições espaciais e de velocidade das estrelas na corrente e cria as características distintivas que vemos na corrente estelar GD-1".

De acordo com Yu, a descoberta também fornece informações sobre a natureza da própria matéria escura.

"Este trabalho abre uma nova e promissora via para a investigação das propriedades de autointeração da matéria escura através de fluxos estelares", disse ele. "É um passo emocionante na nossa compreensão da matéria escura e da dinâmica da Via Láctea".

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