Cientistas descobrem como as galáxias podem existir sem matéria escura

 Distribuição da matéria escura num grupo de galáxias simuladas, com áreas mais brilhantes mostrando maiores concentrações de matéria escura. Os círculos mostram ampliações da luz estelar associada a duas galáxias sem matéria escura. Se estas galáxias tivessem matéria escura, apareceriam como regiões brilhantes na imagem principal. Crédito: Moreno et al.

Num novo estudo publicado na revista Nature Astronomy, uma equipe internacional liderada por astrofísicos da Universidade da Califórnia, em Irvine, e da Universidade Pomona relatam como, quando galáxias minúsculas colidem com galáxias maiores, as galáxias maiores podem despojar as galáxias mais pequenas da sua matéria escura - matéria que não podemos ver diretamente, mas que os astrofísicos pensam que deve existir porque, sem os seus efeitos gravitacionais, não poderiam explicar coisas como os movimentos das estrelas de uma galáxia. 

É um mecanismo que tem o potencial de explicar como as galáxias poderiam ser capazes de existir sem matéria escura - algo que outrora se pensava impossível. 

Tudo começou em 2018 quando os astrofísicos Shany Danieli e Pieter van Dokkum da Universidade de Princeton e da Universidade de Yale observaram duas galáxias que pareciam existir sem a maior parte da sua matéria escura. 

"Esperávamos grandes frações de matéria escura," disse Danieli, coautora do estudo mais recente. "Foi bastante surpreendente e tivemos muita sorte, para dizer a verdade." 

A feliz descoberta, que van Dokkum e Danieli relataram num artigo na revista Nature em 2018 e noutro publicado em 2020 na revista The Astrophysical Journal Letters, abalou o paradigma das galáxias necessitarem de matéria escura, potencialmente acabando com o que os astrofísicos tinham vindo a ver como um modelo padrão para a forma como as galáxias funcionam. 

"Ao longo dos últimos 40 anos, foi estabelecido que as galáxias têm matéria escura," disse Jorge Moreno, professor de astronomia na Universidade Pomona, que é o autor principal do novo artigo. "Em particular, as galáxias de baixa massa tendem a ter frações significativamente mais elevadas de matéria escura, o que torna a descoberta de Danieli bastante surpreendente. Para muitos de nós, isto significa que o nosso entendimento atual de como a matéria escura ajuda as galáxias a crescer, necessitava de uma revisão urgente." 

A equipa correu modelos informáticos que simularam a evolução de uma área do Universo - com cerca de 60 milhões de anos-luz de diâmetro - começando logo após o Big Bang e indo até ao presente. 

A equipa encontrou sete galáxias desprovidas de matéria escura. Após várias colisões com galáxias vizinhas 1000 vezes mais massivas, foram despojadas da maior parte do seu material, deixando para trás nada mais do que estrelas e alguma matéria escura residual. 

"Foi pura serendipidade," disse Moreno. "No momento em que fiz as primeiras imagens, partilhei-as imediatamente com Danieli e convidei-a a colaborar." 

Robert Feldmann, professor da Universidade de Zurique que concebeu a nova simulação, disse que "este trabalho teórico mostra que as galáxias com deficiência de matéria escura devem ser muito comuns, especialmente nas proximidades de galáxias massivas."

 James Bullock da Universidade da Califórnia em Irvine, astrofísico que é especialista de renome mundial em galáxias de baixa massa, descreveu como ele e a equipa não construíram o seu modelo apenas para poderem criar galáxias sem matéria escura - algo que ele disse torna o modelo mais forte, porque não foi concebido de forma alguma para criar as colisões que acabaram por encontrar. "Não pressupomos as interações," disse Bullock. 

Confirmar que as galáxias sem matéria escura podem ser explicadas num Universo onde há muita matéria escura é um suspiro de alívio para investigadores como Bullock, cuja carreira e tudo o que descobriu depende da matéria escura ser a coisa que faz com que as galáxias se comportem da forma como se comportam. 

"A observação de que existem galáxias sem matéria escura tem sido um pouco preocupante para mim," disse Bullock. "Temos um modelo de sucesso, desenvolvido ao longo de décadas de trabalho árduo, onde a maior parte da matéria do cosmos é escura. Há sempre a possibilidade de que a natureza nos tem enganado." 

Mas, disse Moreno, "não é preciso livrarmo-nos do paradigma padrão da matéria escura." 

Agora que os astrofísicos sabem como uma galáxia pode perder a sua matéria escura, Moreno e colaboradores esperam que as descobertas inspirem os investigadores que olham para o céu noturno a procurar galáxias massivas do mundo real que possam estar no processo de retirar matéria escura a galáxias mais pequenas. 

"Ainda não significa que este modelo esteja certo," disse Bullock. "Um verdadeiro teste será ver se estas coisas existem com a frequência e com as características gerais que correspondem às nossas previsões."

Fonte: Astronomia OnLine