As "primas pequenas" da Via Láctea podem conter pistas do Universo primitivo

 As galáxias anãs ultrafracas - minúsculas galáxias satélite que orbitam a Via Láctea - há muito que são consideradas fósseis cósmicos. Agora, um novo estudo publicado na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society utiliza um conjunto sem precedentes de simulações para mostrar até que ponto estes sistemas ténues podem refletir as condições do Universo primitivo e explicar-nos por que razão algumas galáxias cresceram e outras não. 

(A) Distribuição da matéria escura na nossa vizinhança no Universo, o chamado Grupo Local de galáxias. Os dois grandes halos de matéria escura correspondem aos da Via Láctea e da galáxia de Andrómeda; (B) ampliação da matéria escura dentro e em torno de um pequeno halo, cerca de 700 milhões de anos após o Big Bang; (C) estrelas e gás no centro do pequeno halo de matéria escura numa das simulações. Crédito: J. Sureda/A. Fattahi/S. Brown

Podem também revelar como era o "clima" mais antigo do Universo - por exemplo, o nível de radiação e como isso influenciou a formação de estrelas e os locais onde estas se formaram.

As galáxias anãs são frequentemente descritas como primas pequenas da Via Láctea. Formam-se em pequenos halos de matéria escura, previstos pelo modelo padrão da cosmologia. Os exemplos mais ténues desses sistemas são extremos tanto em tamanho como em fragilidade, e situam-se na fronteira do nosso conhecimento acerca da formação de galáxias e da matéria escura.

"Neste trabalho, apresentámos um conjunto totalmente novo de simulações cosmológicas centradas nas galáxias mais ténues do Universo, com uma resolução sem precedentes. Esta é, de longe, a maior amostra de tais galáxias alguma vez simulada com estas resoluções", afirmou a professora Dra. Azadeh Fattahi, do OKC (Oskar Klein Centre) em Estocolmo, que liderou o novo estudo com a colaboração LYRA, em parceria com a Universidade de Durham e a Universidade do Hawaii.

"As galáxias mais pequenas são designadas por galáxias anãs ultrafracas, cuja massa é um milhão de vezes inferior à da Via Láctea ou ainda menos. Devido ao seu pequeno tamanho, estas galáxias têm-se revelado muito difíceis de modelar e simular". Este novo conjunto de simulações representa um grande passo em frente, permitindo uma visão sistemática de como estas galáxias se formam e evoluem.

Uma analogia prática

"Uma analogia útil... é com as plantas e as culturas e a forma como o seu crescimento é sensível às condições meteorológicas", afirmou Shaun Brown, que liderou o estudo enquanto trabalhava no OKC e na Universidade de Durham.

"Da mesma forma que o rendimento de uma colheita no verão pode, indiretamente, dizer-nos muito sobre como deve ter sido o tempo na primavera, as propriedades das galáxias anãs ténues de hoje podem dizer-nos muito sobre as condições, ou o clima, do Universo numa época muito anterior".

O que torna estes resultados especialmente oportunos é o facto de as simulações não se limitarem a reproduzir galáxias anãs pouco luminosas - sugerem que estes objetos locais podem servir como uma sonda para o "clima" mais primitivo do Universo. A equipa explorou de que forma diferentes pressupostos sobre o ambiente de radiação primitivo influenciam quais os pequenos halos de matéria escura que conseguem, de todo, formar estrelas.

"No artigo científico, estudámos duas hipóteses diferentes sobre as propriedades do Universo primitivo, quando tinha menos de 500 milhões de anos, para compreender o efeito nas propriedades destas pequenas galáxias hoje, quando o Universo tem 13 mil milhões de anos", explicou Brown.

"Descobrimos que estas pequenas galáxias ultrafracas são muito sensíveis a estas alterações, enquanto galáxias mais massivas, como a nossa Via Láctea, não são realmente afetadas", acrescentou. "Para as galáxias mais pequenas, as condições iniciais podem determinar se se tornam galáxias visíveis - ou se permanecem halos de matéria escura sem estrelas".

Investigação futura

Essa sensibilidade abre um caminho claro para testar a física do Universo primitivo com as próximas observações. "É emocionante pensar que, num futuro próximo, teremos dados do Observatório Vera C. Rubin, que será capaz de detetar muitas mais destas anãs ultrafracas em torno da Via Láctea", afirmou a Dra. Fattahi.

Muitos astrónomos esperam que o Rubin consiga fornecer um censo quase completo das galáxias satélites da Via Láctea - e estas simulações sugerem que este censo poderá conter informações que vão muito além da nossa vizinhança local.

"O nosso trabalho sugere que estas próximas observações do Universo muito local serão capazes de restringir a forma como o Universo se apresentava na sua infância, algo a que atualmente não podemos aceder diretamente com outras observações", acrescentou a Dra. Fattahi.

O resultado é particularmente relevante à luz das recentes descobertas, pelo Telescópio Espacial James Webb, de galáxias no Universo primitivo, algumas das quais são inesperadamente massivas e brilhantes.

Se o Universo primitivo está a revelar surpresas a grandes distâncias, então as relíquias locais da mesma época - anãs ultrafracas - podem constituir uma via adicional para compreender o que aconteceu.

No entanto, em investigações como esta, ainda há grandes desafios práticos a superar. "Executar estas simulações é um desafio extremamente dispendioso, tanto em termos de tempo como de recursos computacionais. No total, foram necessários mais de 6 meses para executar todas as simulações", acrescentou a Dra. Fattahi.

"A simulação também produz quantidades muito grandes de dados (no total, cerca de 300 terabytes). Isto significou que muitos dos algoritmos antigos, concebidos para quantidades mais pequenas de dados, precisaram de ser atualizados e melhorados para lidar eficazmente com esta nova e grande quantidade de dados". 

Olhando para o futuro, a equipe da Dra. Fattahi planeia utilizar o novo conjunto de ferramentas para abordar questões que ainda estão em aberto na formação moderna de galáxias e estruturas, tais como: onde podemos encontrar a primeira geração de estrelas formadas no Universo? Ou o que é que as propriedades das galáxias anãs ultrafracas nos dizem sobre a natureza da matéria escura?

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