Observatório Vera Rubin Poderá Revelar os Segredos da Matéria Escura

As imagens incrivelmente detalhadas do Observatório Vera C. Rubin iluminarão fluxos estelares distantes e seus encontros passados com a matéria escura

A impressão deste artista mostra uma miríade de fluxos estelares dentro e ao redor da Via Láctea. Esses restos esticados de galáxias anãs e aglomerados estelares mostram interações gravitacionais entre estrelas, aglomerados de matéria escura e toda a galáxia. O Observatório Rubin revelará muito mais fluxos estelares do que vimos até agora, permitindo que os cientistas estudem a história da nossa galáxia e as propriedades da matéria escura com mais detalhes do que nunca. Crédito: RubinObs/NOIRLab/NSF/AURA/J. daSilva, M. Zamani 

Fios brilhantes de estrelas ao redor da Via Láctea podem conter respostas para uma de nossas maiores perguntas sobre o Universo: o que é matéria escura? Com imagens tiradas através de seis filtros de cores diferentes montados na maior câmera já construída para astronomia e astrofísica, o próximo Legacy Survey of Space and Time do Observatório Vera C. Rubin revelará fluxos estelares nunca antes vistos ao redor da Via Láctea – e os efeitos reveladores de suas interações com a matéria escura.

Tão hipnotizantes quanto rios que brilham na luz do sol, os fluxos estelares traçam arcos cintilantes através e ao redor de nossa galáxia natal – a Via Láctea. As correntes estelares são compostas por estrelas que estavam originalmente ligadas em aglomerados globulares ou galáxias anãs, mas foram interrompidas por interações gravitacionais com nossa galáxia e atraídas em longas linhas de fuga.

Esses rastros finos de estrelas geralmente mostram sinais de perturbação, e os cientistas suspeitam que, em muitos casos, a matéria escura é a culpada. O Observatório Vera C. Rubin, financiado conjuntamente pela Fundação Nacional de Ciência dos EUA (NSF) e pelo Departamento de Energia dos EUA (DOE), em breve fornecerá uma riqueza de dados para iluminar fluxos estelares, matéria escura e suas interações complexas.

A matéria escura representa 27% do Universo, mas não pode ser observada diretamente, e os cientistas atualmente não sabem exatamente o que é. Para saber mais, eles usam uma variedade de métodos indiretos para investigar sua natureza. Alguns métodos, como lentes gravitacionais fracas, mapeiam a distribuição da matéria escura em grandes escalas pelo Universo. A observação de fluxos estelares permite que os cientistas sondem um aspecto diferente da matéria escura porque eles mostram a impressão digital dos efeitos gravitacionais da matéria escura em pequenas escalas.

O Observatório Vera C. Rubin, localizado no Chile, usará um telescópio de 8,4 metros equipado com a maior câmera digital do mundo para realizar um levantamento de 10 anos de todo o céu do hemisfério sul a partir do final de 2025. Os dados resultantes, com imagens obtidas através de seis filtros de cores diferentes, tornarão mais fácil do que nunca para os cientistas isolar fluxos estelares entre e além da Via Láctea e examiná-los em busca de sinais de ruptura da matéria escura.

"Estou muito animada em usar fluxos estelares para aprender sobre a matéria escura", disse Nora Shipp, pós-doutoranda na Universidade Carnegie Mellon e co-organizadora do Grupo de Trabalho de Matéria Escura no Observatório Rubin/LSST Dark Energy Science Collaboration. "Com o Observatório Rubin, seremos capazes de usar fluxos estelares para descobrir como a matéria escura está distribuída em nossa galáxia, desde as maiores escalas até escalas muito pequenas."

O Observatório Rubin começará as operações científicas no final de 2025. O Observatório Rubin é um programa da NSF NOIRLab, que, juntamente com o SLAC National Accelerator Laboratory, operará conjuntamente o Rubin.

Evidências sugerem que um halo esférico de matéria escura circunda a Via Láctea, composto por pequenos aglomerados de matéria escura. Esses aglomerados interagem com outras estruturas, interrompendo sua dinâmica gravitacional e alterando sua aparência observada. No caso das correntes estelares, os resultados das interações de matéria escura aparecem como dobras ou lacunas nas trilhas estelares.

As imagens incrivelmente detalhadas do Observatório Rubin permitirão que os cientistas identifiquem e examinem irregularidades muito sutis em fluxos estelares e, assim, inferam as propriedades dos aglomerados de matéria escura de baixa massa que os causaram – até mesmo estreitando de que tipos de partículas esses aglomerados são feitos.

"Ao observar fluxos estelares, seremos capazes de fazer medições indiretas dos aglomerados de matéria escura da Via Láctea em massas mais baixas do que nunca, dando-nos restrições realmente boas sobre as propriedades das partículas da matéria escura", disse Shipp.

Os fluxos estelares nas regiões externas da Via Láctea são especialmente bons candidatos para observar os efeitos da matéria escura porque são menos propensos a terem sido afetados por interações com outras partes da Via Láctea, o que pode confundir o quadro.

O Observatório Rubin será capaz de detectar fluxos estelares a uma distância de cerca de cinco vezes mais longe do que podemos ver agora, permitindo que os cientistas descubram e observem uma população inteiramente nova de fluxos estelares nas regiões externas da Via Láctea.

As correntes estelares são desafiadoras para distinguir das muitas outras estrelas da Via Láctea. Para isolar fluxos estelares, os cientistas procuram estrelas com propriedades específicas que indicam que provavelmente pertenciam juntas como aglomerados globulares ou galáxias anãs. Eles então analisam o movimento ou outras propriedades dessas estrelas para identificar aquelas conectadas como um fluxo.

"Os fluxos estelares são como cordas de pérolas, cujas estrelas traçam o caminho da órbita do sistema e têm uma história compartilhada", disse Jaclyn Jensen, doutoranda da Universidade de Victoria que planeja usar dados de Rubin/LSST para sua pesquisa sobre os progenitores de fluxos estelares e seu papel na formação da Via Láctea. "Usando propriedades dessas estrelas, podemos determinar informações sobre suas origens e que tipo de interações o fluxo pode ter experimentado. Se encontrarmos um colar de pérolas com algumas pérolas espalhadas por perto, podemos deduzir que algo pode ter vindo e quebrado a corda."

A câmera LSST de 3200 megapixels do Observatório Rubin está equipada com seis filtros de cores - incluindo, notavelmente para cientistas de fluxo estelar como Shipp e Jensen, um filtro ultravioleta.

O filtro ultravioleta de Rubin fornecerá informações críticas sobre a extremidade azul-ultravioleta do espectro de luz que permitirá aos cientistas distinguir as diferenças sutis e desembaraçar as estrelas em um fluxo de estrelas semelhantes na Via Láctea. No geral, Rubin fornecerá aos cientistas milhares de imagens profundas tiradas através de todos os seis filtros, dando-lhes uma visão mais clara dos fluxos estelares do que nunca.

A avalanche de dados que Rubin fornecerá também inspirará novas ferramentas e métodos para isolar fluxos estelares. Como Shipp observa, "No momento, é um processo trabalhoso para escolher fluxos potenciais a olho nu – o grande volume de dados da Rubin apresenta uma oportunidade empolgante de pensar em novas maneiras mais automatizadas de identificar fluxos".

Fonte: noirlab.edu