Quatorze galáxias giram juntas em um carrossel cósmico.

Um enorme segmento giratório da teia cósmica é a maior estrutura giratória individual que os astrônomos já observaram.

O centro desta ilustração mostra um filamento gigante da teia cósmica. A parte direita da figura mostra a rotação do hidrogênio neutro em algumas galáxias, onde o vermelho indica movimento na direção oposta à nossa direção, e as cores mais azuis indicam movimento na nossa direção. Crédito: Lyla Jung

Aproximadamente a 424 milhões de anos-luz de distância, uma vasta porção da teia cósmica (a rede de distribuição de matéria que o universo exibe em sua maior escala) parece estar presa em um vórtice. É a maior estrutura giratória já observada por astrônomos, medindo cerca de 117.000 anos-luz de diâmetro e 5,5 milhões de anos-luz de comprimento. A descoberta também contém pistas sobre como as primeiras galáxias se formaram.

Os cientistas descobriram isso em dados de levantamento do radiotelescópio MeerKAT, na África do Sul. Observações adicionais feitas pelo Instrumento Espectroscópico de Energia Escura (DESI) e pelo Levantamento Digital do Céu Sloan (SDSS) revelaram mais detalhes.

Primeiro, eles detectaram membros em uma extremidade de uma cadeia de 14 galáxias se movendo em nossa direção e outros na outra extremidade se afastando. Isso sugere que todas estão girando juntas, movendo-se a uma velocidade (astronomicamente falando) de 402.342 quilômetros por hora.

Intrigados por essa estranha sincronia, os astrônomos examinaram mais de perto e descobriram que o fio da teia cósmica em que as galáxias estão inseridas também está se torcendo junto com elas.

Semelhantes, mas diferentes.

Isso já aconteceu antes. O gás na teia cósmica gira em redemoinhos aqui e ali enquanto flui ao longo da matéria distribuída de forma irregular, como a água encontrando uma pedra em um riacho. Mas as galáxias também estão girando, e a maioria delas gira na mesma direção que o filamento; algo muito estranho, considerando que os astrônomos geralmente pensam que a direção de rotação das galáxias é aleatória. Pelo menos neste caso, parece que os dois podem estar ligados, o que poderia nos ajudar a descobrir como as galáxias adquirem seu momento angular.

“Acreditamos que esse [alinhamento] seja causado pela interação gravitacional entre as galáxias e os filamentos”, disse Madalina Tudorache, pesquisadora de pós-doutorado da Universidade de Oxford, que liderou o estudo . “Mais especificamente, há uma transferência de momento angular de uma escala tão grande para as galáxias. Isso é muito importante, pois estamos tentando construir uma imagem mais precisa da formação e evolução das galáxias no contexto de seu ambiente.”

As galáxias nesta estrutura estão repletas de hidrogênio neutro, a matéria-prima para a formação de estrelas. Como o hidrogênio é facilmente perturbado, ele age como um detector de movimento, mostrando como o gás e o momento fluem pela teia cósmica. Isso faz deste filamento uma espécie de demonstração ao vivo de como as galáxias reúnem o material e a rotação necessários para crescer. 

Estamos à procura de mais

A descoberta de mais estruturas desse tipo poderia preencher peças adicionais do quebra-cabeça do crescimento das galáxias. "Estatisticamente, acreditamos que existam outras estruturas giratórias, algumas das quais podem ser maiores — no entanto, não conseguimos detectá-las diretamente com os dados e telescópios atuais", disse Tudorache. "Com os novos dados provenientes tanto de radiotelescópios (para o hidrogênio neutro atômico do MeerKAT) quanto de telescópios ópticos como o Vera Rubin e o Euclid, planejamos procurar mais dessas estruturas para, com sorte, descrevê-las com mais precisão como uma população."

Os cientistas esperam compreendê-los o melhor possível, pois eles podem contaminar as observações de lentes gravitacionais fracas, que permitem aos astrônomos estudar a distribuição da matéria escura e a expansão acelerada do universo. Essas observações são possíveis porque a trajetória da luz se curva ao viajar pelo espaço-tempo distorcido ao redor da matéria que encontra em sua jornada por vastas distâncias.

O efeito de lente gravitacional fraca cria um leve efeito de espelho distorcido que faz com que as galáxias de fundo pareçam estar alinhadas. Portanto, se as galáxias estiverem alinhadas por outro motivo (como estarem sincronizadas com seus filamentos), isso pode ser confundido com um sinal de lente gravitacional fraca, tornando esses dados menos precisos.

“O alinhamento entre galáxias dentro de filamentos (ou outras estruturas cósmicas) quebra nossa suposição de que, sem lentes gravitacionais, todas as galáxias estão orientadas aleatoriamente”, disse Naomi Robertson, pesquisadora de pós-doutorado da Universidade de Edimburgo, que não participou do estudo. “Portanto, precisamos levar em conta esse efeito quando fizermos previsões sobre como nossas medições de lentes gravitacionais deveriam ser. O interessante neste trabalho é que eles estão encontrando mais alinhamento do que as simulações preveem.”

É importante estudá-los.

Robertson afirma que trabalhar com observações como essa dá aos astrônomos a oportunidade de testar como analisar esses dados, para que estejam mais bem preparados para lidar com os dados de Rubin e Euclid. “Os alinhamentos dentro dos filamentos não são apenas um contaminante nas observações de lentes gravitacionais fracas; os filamentos são sondas cosmológicas realmente interessantes por si só”, acrescenta ela, “já que se prevê que mais de 40% da massa do universo esteja em filamentos. A combinação de levantamentos sobrepostos de lentes gravitacionais fracas, espectroscopia e HI [hidrogênio neutro] fornece conjuntos de dados complementares que podemos usar para explorar completamente a teia cósmica.”

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