A espinha dorsal oculta do universo: ALMA revela a impressão digital em escala fina da matéria escura

Observações inovadoras revelam flutuações da matéria escura abaixo da escala das galáxias, afirmando teorias da matéria escura fria e fornecendo novos conhecimentos sobre a composição do Universo.

Os investigadores usaram o ALMA para detectar a distribuição de matéria escura em escalas menores que as de galáxias massivas. Esta observação histórica das flutuações da matéria escura na escala de 30.000 anos-luz apoia o modelo da matéria escura fria e oferece informações importantes sobre a estrutura do Universo.

Uma equipe de investigação liderada pelo Professor Kaiki Taro Inoue da Universidade de Kindai (Osaka, Japão) descobriu flutuações na distribuição da matéria escura no Universo em escalas inferiores às de galáxias massivas, utilizando o interferómetro de rádio mais poderoso do mundo, o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) . ), localizado na República do Chile. 

Esta é a primeira vez que as flutuações espaciais da matéria escura no Universo distante foram detectadas numa escala de 30.000 anos-luz. Este resultado mostra que a matéria escura fria é favorecida mesmo em escalas mais pequenas do que as galáxias massivas, e é um passo importante para a compreensão da verdadeira natureza da matéria escura. O artigo será publicado no The Astrophysical Journal . 

Figura 1. Flutuações detectadas na matéria escura. A cor laranja mais brilhante indica regiões com alta densidade de matéria escura e a cor laranja mais escura indica regiões com baixa densidade de matéria escura. As cores branca e azul representam objetos com lentes gravitacionais observados pelo ALMA. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), KT Inoue et al.

Pontos chave

Observação por um dos maiores interferômetros de ondas de rádio do mundo, ALMA, que é um projeto internacional.

A primeira detecção de flutuações da matéria escura no Universo em escalas inferiores a 30.000 anos-luz.

Um passo importante para elucidar a verdadeira natureza da matéria escura.

ALMA detecta flutuações de pequena escala na distribuição da matéria escura 

Acredita-se que a matéria escura, o material invisível que constitui uma grande fração da massa do Universo, tenha desempenhado um papel importante na formação de estruturas como estrelas e galáxias. Dado que a matéria escura não está uniformemente distribuída no espaço, mas sim em aglomerados, a sua gravidade pode alterar ligeiramente o percurso da luz (incluindo ondas de rádio) proveniente de fontes de luz distantes. As observações deste efeito (lentes gravitacionais) mostraram que a matéria escura está associada a galáxias e aglomerados de galáxias relativamente massivos, mas não se sabe como ela se distribui em escalas menores. 

A equipe de investigação decidiu usar o ALMA para observar um objeto a uma distância de 11 mil milhões de anos-luz da Terra. O objeto é um quasar com lente , [3] MG J0414+0534 [4] (doravante denominado “este quasar”). 

Este quasar parece ter uma imagem quádrupla devido ao efeito de lente gravitacional da galáxia em primeiro plano. No entanto, as posições e formas destas imagens aparentes divergem daquelas calculadas apenas a partir do efeito de lente gravitacional da galáxia em primeiro plano, indicando que o efeito de lente gravitacional da distribuição da matéria escura em escalas menores do que as galáxias massivas está em ação. 

Figura 2: Um diagrama conceitual do sistema de lentes gravitacionais MG J0414+0534. O objeto no centro da imagem indica a galáxia da lente. A cor laranja mostra matéria escura no espaço intergaláctico e a cor amarelo pálido indica matéria escura na galáxia lente. Crédito: NAOJ, KT Inoue

Verificou-se que existem flutuações espaciais na densidade da matéria escura, mesmo na escala de cerca de 30.000 anos-luz, o que está muito abaixo da escala cosmológica (várias dezenas de bilhões de anos-luz). Este resultado é consistente com a previsão teórica da matéria escura fria, que prevê que aglomerados de matéria escura residem não apenas nas galáxias (cor amarelo pálido na Figura 2), mas também no espaço intergaláctico (laranja na Figura 2). 

Os efeitos das lentes gravitacionais devido aos aglomerados de matéria escura encontrados neste estudo são tão pequenos que é extremamente difícil detectá-los sozinhos. No entanto, graças ao efeito de lente gravitacional causado pela galáxia em primeiro plano e à alta resolução do ALMA, conseguimos detectar os efeitos pela primeira vez. Assim, esta pesquisa é um passo importante para verificar a teoria da matéria escura e elucidar sua verdadeira natureza. 

Esta investigação foi apresentada no artigo “ALMA Measurement of 10 kpc-scale Lensing Power Spectra rumo ao Lensed Quasar MG J0414+0534” por KT Inoue et al. no Astrophysical Journal . 

Matéria escura fria

À medida que o Universo se expande, a densidade da matéria diminui e, assim, as partículas de matéria escura (matéria que é invisível à luz) deixarão de encontrar outras partículas e terão um movimento independente que é diferente do movimento da matéria comum. Neste caso, as partículas de matéria escura que se movem a uma velocidade muito menor que a velocidade da luz em relação à matéria comum são chamadas de matéria escura fria. Devido à baixa velocidade, não tem a capacidade de apagar as estruturas de grande escala do Universo. 

A formação da estrutura no Universo

No Universo primitivo, pensa-se que as estrelas e galáxias foram formadas pelo crescimento gravitacional das flutuações de densidade da matéria escura e pela agregação de hidrogénio e hélio atraídos por aglomerados de matéria escura. A distribuição da matéria escura em escalas menores que as de galáxias massivas ainda é desconhecida. 

Quasar

Um quasar é a região central compacta de uma galáxia que emite luz extremamente brilhante. A região compacta e o entorno possuem grande quantidade de poeira que emite ondas de rádio. 

MG J0414+0534

MG J0414+0534 está localizada na direção da constelação de Touro vista da Terra. O desvio para o vermelho (o aumento no comprimento de onda da luz dividido pelo comprimento de onda original) deste objeto é z=2,639. A distância correspondente é assumida como sendo de 11 mil milhões de anos-luz, tendo em conta a incerteza nos parâmetros cosmológicos.

Fonte: Scitechdaily.com