Misteriosa galáxia escura não emite luz visível, dizem cientistas

As galáxias têm muitas formas e tamanhos diferentes, mas os ingredientes básicos parecem bastante consistentes. Geralmente há um grande buraco negro no centro, um monte de estrelas e gás, e uma porção generosa de matéria escura que ajuda a unir tudo.

A maioria das galáxias, como NGCC4414, brilha em todo o espectro. Galáxias escuras permanecem na sombra. (AURA/STScI/NASA/Domínio público) 

Enquanto a matéria escura é, bem, escura, as estrelas, o gás e o núcleo giratório de material aquecido se destacam com a beleza radiante de uma cidade à noite.

No entanto, uma galáxia anã recém-descoberta localizada a apenas 94 milhões de anos-luz de distância está desafiando as expectativas. Chama-se FAST J0139+4328 e não emite luz óptica. Na verdade, quase não emite luz alguma.

FAST J0139+4328 parece ser o que é conhecido como uma galáxia escura. Além de um pequeno punhado de estrelas, a galáxia parece ser composta quase inteiramente de matéria escura. Um artigo descrevendo a descoberta foi aceito para publicação no The Astrophysical Journal Letters e está disponível no servidor de pré-impressão arXiv.

“Essas descobertas fornecem evidências observacionais de que FAST J0139+4328 é uma galáxia anã escura isolada”, escreve uma equipe de astrônomos liderada por Jin-Long Xu da Academia Chinesa de Ciências em Pequim. “Esta é a primeira vez que uma galáxia escura isolada foi detectada no Universo próximo.”

A matéria escura é atualmente a principal explicação para uma estranha discrepância entre a quantidade de matéria normal, ou bariônica, observada nos cantos do Universo e a força da gravidade necessária para mantê-la unida. Simplificando, simplesmente não há matéria bariônica suficiente para explicar toda a gravidade. As galáxias estão girando tão rápido que deveriam se separar sem que algo mais as unisse.

O que quer que seja responsável por essa gravidade extra permanece indefinido. Não parece interagir com a matéria normal de outra forma que não seja através da gravidade; nem emite qualquer forma de radiação que possamos detectar atualmente. Simplesmente não podemos ver a fonte dessa massa extra. Ainda assim, reservar um espaço para algum tipo de material desconhecido ajuda muito a resolver os problemas que observamos.

No entanto, a teoria da matéria escura também não é perfeita. Um dos problemas é a discrepância entre as simulações da distribuição de matéria escura no Universo e o número de galáxias anãs que vemos orbitando galáxias maiores. Há muito menos galáxias anãs do que as simulações sugerem que deveria haver. Isso é conhecido como o problema da galáxia anã.

É possível que sejamos simplesmente incapazes de detectar alguns tipos de galáxias anãs, como aquelas com muito poucas estrelas, consistindo principalmente de gás e matéria escura. Encontrar um número suficiente deles ajudaria a resolver todo o déficit nas galáxias anãs.

Algumas galáxias escuras candidatas foram identificadas, mas estão muito próximas de outras estruturas, o que as torna difíceis de distinguir de bolhas de detritos arrancadas por forças gravitacionais mais fortes.

Uma candidata a galáxia escura ideal estaria à deriva sozinha, isolada no espaço, onde sua identidade não poderia ser confundida.

A localização do FAST J0139+4328 em (a) óptico, (b) infravermelho próximo, (c) ultravioleta próximo e (d) infravermelho médio. Os círculos amarelos em a e b são estrelas em primeiro plano. (Xu et al., arXiv, 2023)

Para procurar por tal galáxia, Xu e seus colegas usaram o radiotelescópio esférico de abertura de quinhentos metros (FAST) na China. Eles usaram o telescópio durante as lacunas em seu cronograma de observação como um projeto de “preenchimento” para conduzir uma busca pela emissão de rádio de grandes nuvens de gás hidrogênio atômico neutro (HI) no espaço intergaláctico, procurando por características consistentes com uma galáxia.

E eles acertaram: as ondas de rádio emitidas por uma nuvem a 94 milhões de anos-luz de distância eram consistentes com uma galáxia de disco em rotação, sem a luz ótica esperada de uma. Observações de acompanhamento em infravermelho e ultravioleta revelaram um fraco conhecimento de estrelas.

Juntos, os dados permitiram aos pesquisadores determinar as propriedades da galáxia, que eles chamaram de FAST J0139+4328.

De acordo com os cálculos da equipe, a galáxia tem um limite superior de estrelas equivalentes a 690.000 massas solares – e contém HI equivalentes a 83 milhões de massas solares. A massa bariônica total da galáxia gira em torno de 110 milhões de massas solares.

Isso, no entanto, é apenas uma gota no balde da massa total da galáxia. A equipe foi capaz de calcular a velocidade de rotação do FAST J0139+4328 e, a partir disso, sua massa total, que chegou a 5,1 bilhões de massas solares. Isso significaria que a galáxia é composta por cerca de 98% de matéria escura.

Espera-se que outros cientistas tentem confirmar a natureza do objeto. Nesse caso, pode ser algo diferente, como aconteceu com uma galáxia chamada Dragonfly 44. Em 2016, descobriu-se que a galáxia consiste em 99,99% de matéria escura. Quatro anos depois, no entanto, os astrônomos determinaram que a Dragonfly 44 não era tão anormal.

Mas se for validado como uma galáxia escura, o FAST J0139+4328 terá algumas coisas muito interessantes para nos contar sobre o Universo ao nosso redor. Esta é a primeira vez que uma galáxia escura isolada rica em gás foi detectada no Universo próximo”, escrevem os pesquisadores.

“Além disso, presume-se que uma galáxia se forma a partir de gás, que esfria e se transforma em estrelas no centro de um halo. FAST J0139+4328 tem um disco giratório de gás e é dominado por matéria escura, mas não tem estrelas, o que implica que este galáxia escura pode estar no estágio inicial da formação da galáxia.”

Fonte: sciencealert.com