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Censo de Galáxias Satélites da Via Láctea Mostra a Ligação Entre a Matéria Escura E A Formação das Galáxias

Do mesmo modo que nós orbitamos o Sol, e a Lua nos orbita, a Via Láctea tem galáxias satélites ao seu redor. Pesquisando os dados das vizinhas galácticas, um novo modelo sugere que a Via Láctea deve ter 100 ou mais galáxias bem apagadas que estão esperando para serem descobertas.

Assim como o Sol tem planetas e os planetas satélites naturais, a nossa galáxia possui galáxias satélites, e algumas dessas podem ter galáxias ainda menores como sendo suas galáxias satélites. Só para você ter uma ideia, a Grande Nuvem de Magalhães, uma galáxias satélite da Via Láctea, relativamente grande que pode ser observada nos céus do hemisfério sul da Terra, deve ter no mínimo umas 6 galáxias satélites, esses dados com base nas mais recentes medidas feitas pela missão Gaia, da ESA.

Os astrofísicos acreditam que a matéria escura é a responsável por boa parte dessa estrutura, e agora os pesquisadores do SLAC National Accelerator Laboratory e do Dark Energy Survey fizeram observações das galáxias apagadas ao redor da Via Láctea e com isso puderam restringir bem a conexão entre o tamanho e a estrutura das galáxias e dos halos de matéria que as circundam. Ao mesmo tempo, eles também encontraram evidência para a existências de galáxias satélites da Grande Nuvem de Magalhães e fizeram uma nova previsão: se os modelos dos cientistas estiverem certos, a Via Láctea deve ter 150 ou mais galáxias satélites bem apagadas esperando para serem descobertas pela nova geração de telescópios que vem por aí, principalmente pelo telescópio Legacy Survey of Space and Time do Observatório Vera Rubin.

O novo estudo, é parte de um esforço maior para entender como a matéria escura funciona em escalas menores do que a escala de uma galáxia.

Os astrônomos sabem algumas coisas sobre a matéria escura, o quanto de matéria escura que existe e como ela se aglutina, mas todo esse conhecimento é baseado no comportamento da matéria escura em uma escala maior que o tamanho do Grupo Local de galáxias, o nosso aglomerado. E então, a questão é, será que isso funciona em escalas menores e será que é possível medir?

Os astrônomos sabem faz muito tempo que a Via Láctea possui galáxias satélites, incluindo a Grande Nuvem de Magalhães que pode ser vista a olho nu nos céus do hemisfério sul da Terra, mas o número de galáxias satélites cresceu rapidamente e no ano 2000 já chegava na casa das dezenas. Desde então esse número só vem aumentando e muito. Graças a projetos como o Sloan Digital Sky Survey, e o Dark Energy Survey, o número de galáxias satélites subiu para 60.

Essas descobertas são sempre animadoras, mas o que talvez seja mais interessante é o que os dados podem nos dizer sobre o cosmos. Pela primeira vez na história, os astrônomos podem procurar por essas galáxias satélites em cerca de três quartos do céu, e isso é muito importante para que os astrônomos possam entender sobre a distribuição da matéria escura e da formação das galáxias. Em 2019, os astrônomos usaram dados de galáxias satélites em conjunção com simulações computacionais para estabelecer limites sobre a interação da matéria escura com a matéria ordinária.

Agora, os astrônomos estão usando os dados de uma pesquisa da maior parte do céu para tentar acessar diferentes questões, incluindo, a quantidade de matéria escura que é necessária para formar uma galáxia, quantas galáxias satélites podemos esperar encontrar ao redor da Via Láctea e se as galáxias satélites podem ter seus próprios satélites, uma previsão do modelo mais popular da matéria escura.

A possibilidade de detectar uma hierarquia de galáxias satélites surgiu primeiro a alguns anos atrás, quando o projeto DES detectou mais galáxias satélites na vizinhança da Grande Nuvem de Magalhães do que era esperado se essas galáxias satélites fossem aleatoriamente distribuídas pelo céu. Essas observações são particularmente interessantes, com as medidas da missão Gaia, pôde-se mostrar que existem indícios que 6 dessas galáxias satélites caem na Via Láctea com a Grande Nuvem de Magalhães.

Para estudar melhor as galáxias satélites da Grande Nuvem de Magalhães, os astrônomos analisaram simulações computacionais de milhões de possíveis universos. Essas simulações, modelam a formação da estrutura da matéria escura que permeia a Via Láctea, incluindo detalhes como as menores aglomerações de matéria escura dentro da Via Láctea que onde se esperam estejam as galáxias satélites. Para conectar a matéria escura com a formação de galáxias, os astrônomos usaram um modelo flexível que permitiu que eles pudessem considerar as incertezas do entendimento atual da formação das galáxias, incluindo a relação entre o brilho das galáxias e a massa dos aglomerados de matéria escura onde elas se formaram.

Assim, os astrônomos conseguiram produzir um modelo final que mostra quais galáxias satélites são as mais prováveis de serem observadas pelas atuais pesquisas de observação dado onde elas estão no céu, o seu brilho, tamanho e distância.

Com esses componentes em mãos, os astrônomos rodaram então seu modelo com uma grande variedade de parâmetros e pesquisaram através das simulações quais os objetos parecidos com a Grande Nuvem de Magalhães caíam dentro do alcance da força gravitacional de objetos parecidos com a Via Láctea. Comparando esses casos encontrados nas simulações com as observações galácticas, eles puderam inferir um intervalo de parâmetros astrofísicos, incluindo quantas galáxias devem ser marcadas junto com a Grande Nuvem de Magalhães. Os resultados estão consistentes com as observações feitas pela missão Gaia. Seis galáxias satélites deveriam atualmente serem detectadas na vizinhança da Grande Nuvem de Magalhães, movendo com a velocidade aproximadamente certa e nos locais aproximados onde os astrônomos tinham previamente observado. As simulações também sugerem que a primeira aproximação da Grande Nuvem de Magalhães com a Via Láctea, aconteceu a cerca de 2.2 bilhões de anos atrás, o que é consistente com as medidas de alta precisão do movimento da Grande Nuvem de Magalhães feitas pelo Telescópio Espacial Hubble.

Além disso, a equipe de astrônomos também conseguiu estabelecer limites na conexão entre os halos de matéria escura e a estrutura das galáxias. Por exemplo, nas simulações que mais se ajustaram com a história da Via Láctea e da Grande Nuvem de Magalhães, as menores galáxias que os astrônomos poderiam observar deveriam ter estrelas com uma massa combinada de cerca de 100 sóis, e com cerca de um milhão de vezes mais matéria escura. De acordo com uma extrapolação do modelo, as galáxias mais apagadas que poderiam ser observadas poderiam se formar em halos centenas de vezes menos massivos que esses.

E se as simulações estiverem corretas tem muita mais coisa para ser descoberta. Os astrônomos acreditam que existam cerca de 100 mais galáxias satélites, mais do que o dobro das já descobertas, flutuando ao redor da Via Láctea. A descoberta dessas galáxias poderia ajudar a confirmar o modelo dos pesquisadores sobre a ligação entre a matéria escura e a formação das galáxias, e isso ajudaria também a estabelecer a natureza da própria matéria escura.

Fonte:

https://www6.slac.stanford.edu/news/2020-03-31-milky-way%E2%80%99s-satellites-help-reveal-link-between-dark-matter-halos-and-galaxy

https://arxiv.org/pdf/1912.03303.pdf

Sérgio Sacani

Formado em geofísica pelo IAG da USP, mestre em engenharia do petróleo pela UNICAMP e doutor em geociências pela UNICAMP. Sérgio está à frente do Space Today, o maior canal de notícias sobre astronomia do Brasil.

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