Os astrônomos descobriram uma terceira galáxia quase sem matéria escura, e todas as três estão na mesma linha reta – apontando para uma colisão que destrói a matéria normal.

Quase todas as galáxias do universo são cobertas por muito mais matéria escura do que luz estelar. A matéria invisível supera as estrelas em dez ou cem para um, e acredita-se que seu domínio sobre as galáxias menores seja mais forte. Portanto, o fato de uma galáxia se comportar como se não tivesse quase nada não é uma curiosidade pequena. É um enigma sobre como as galáxias se formam.

Os astrônomos encontraram agora um terceiro. Usando o Observatório WM Keck em Maunakea, uma equipa liderada por Yale mediu o movimento interno de uma galáxia ténue e difusa chamada NGC 1052-DF9 e descobriu que as suas estrelas se movem demasiado lentamente para esconder um típico halo de matéria escura. A galáxia se junta a dois excêntricos anteriores, DF2 e DF4, e todos os três ficam ao longo da mesma linha estreita no campo NGC 1052. D A descoberta foi anunciada pelo Observatório Keck e O estudo aparece em Jornal Astrofísico.

Como você pesa uma galáxia que você não pode tocar

O truque é que as estrelas orbitam dentro de uma galáxia a uma velocidade que atrai tudo sobre elas. Empacote em um halo pesado e invisível e as estrelas girarão rapidamente. Retire o halo e as mesmas estrelas flutuam lentamente, presas apenas umas pelas outras e pela luz que você vê.

Durante duas noites, a equipe coletou cerca de onze horas de exposições com o Cosmic Web Imager de Keck, divididas entre DF9 e manchas de céu vazio próximo, usadas para subtrair o brilho atmosférico. Eles então leram a distribuição da velocidade estelar a partir do borrão na luz estelar coletiva da galáxia. Depois de corrigirem os efeitos que podem engrossar artificialmente o desfoque, mediram uma dispersão de velocidade de cerca de 6,5 quilómetros por segundo, com uma ampla margem em qualquer direção.

Esse é um número pequeno e revelador. Uma galáxia com a massa estelar de DF9 exigiria uma dispersão de cerca de 8 km por segundo se as suas estrelas fornecessem toda a gravidade, e o valor medido concordasse com essa expectativa dentro das suas largas barras de erro. Se o DF9 estivesse dentro do halo de matéria escura que as galáxias do seu tamanho normalmente carregam, as estrelas teriam que estar se movendo a cerca de 24 quilômetros por segundo e, de acordo com algumas estimativas, ainda mais rápido. Eles não.

Uma galáxia que pesa apenas suas estrelas

Em massa, o DF9 tem apenas 100 milhões de vezes a massa do Sol, essencialmente tudo sozinho. Uma galáxia desse tamanho normalmente ficaria em um halo cerca de cem vezes mais massivo. Essa auréola parece estar faltando.

DF2 e DF4 causaram polêmica pelo mesmo motivo quando anunciados por van Dokkum e colegas de trabalho As primeiras galáxias não continham matéria escura em 2018 e um segundo no próximo ano. Ambos eram pouco difusos, ambos continham aglomerados de estrelas estranhamente luminosos e ambos pesavam pouco mais do que a luz de sua estrela. O que mudou é que não são mais casos isolados e ímpares. Eles são pontos em uma linha.

A linha reta é a verdadeira fórmula

Há alguns anos, o mesmo grupo percebeu que DF2 e DF4 não estavam sozinhos. Cerca de uma dúzia de galáxias ténues no campo caem ao longo de uma trajetória notavelmente estreita e reta, e o trabalho de acompanhamento mostra que as suas velocidades aumentam de forma constante ao longo do seu comprimento, como se tivessem se movido juntas. DF9 é o membro da trilha que mais se assemelha a DF2 e DF4, e é a única das galáxias restantes ainda brilhante o suficiente para medir seu movimento interno.

Essa geometria indica uma origem específica e dramática. Numa teoria importante, duas galáxias ricas em gás colidiram uma com a outra a altas velocidades há muito tempo. A matéria escura de cada uma se endireita, porque a matéria escura raramente interage com qualquer outra coisa, enquanto o gás comum se acumula, se choca e se comprime, e então colapsa em uma série de galáxias menores feitas quase inteiramente de matéria normal. Este é um eco em escala anã Conjunto de marcadoresOnde uma colisão é vista separando o gás visível de um aglomerado de sua matéria escura.

Se essa história estiver correta, faz uma previsão precisa: outras galáxias no caminho também deveriam ser pequenas em matéria escura, porque se formaram a partir do mesmo gás extraído. O DF9 é o primeiro teste dessa previsão além dos dois originais e é aprovado. Como disse o autor principal Michael Kim no anúncio do Keck, as três galáxias agora parecem “exceções extraordinárias” que “se formaram juntas em um evento violento que separou a matéria normal da matéria escura”.

Que medida pode resolver essa multa, e não pode

O título é realmente forte, mas depende de um sinal próximo ao limite que um telescópio pode medir, por isso vale a pena ser específico sobre o que o número faz. A incerteza nesse número de 6,5 move-se a vários quilómetros por segundo. As descobertas mostram que o movimento de DF9 é consistente com uma única estrela e inconsistente com todo um halo de matéria escura. Olá não é exatamente uma prova nula. Uma pequena quantidade de matéria escura ainda cabe dentro das barras de erro; Não é uma quantia normal.

As medições também dependem de efeitos subtrativos que nada têm a ver com a gravidade, como a dispersão natural da luz estelar e o choque de estrelas em pares binários, ambos inferidos de outras galáxias sem medições diretas no DF9. E a massa depende da luz de uma galáxia inteira misturada, e não de centenas de estrelas individuais, que é a maneira clara, mas atualmente impossível, de fazer isso a esta distância. Os autores são particularmente cuidadosos com uma coisa: o seu teste de compatibilidade de dois aglomerados estelares pode descartar um modelo sem matéria escura se os aglomerados estiverem se movendo rapidamente, mas nunca pode descartar a matéria escura. A evidência inclina-se para um lado, e inclina-se fortemente, mas uma única dispersão fina não é um caso encerrado.

Existem várias maneiras de criar galáxias sem matéria escura. Uma colisão bala-anã de alta velocidade é a explicação preferida pelos desbravadores, e as simulações reproduzem a sua geometria estreita, mas outros grupos argumentam que estas anãs podem, em vez disso, ser anãs de maré, pequenas galáxias condensadas a partir de detritos de matéria normal, sem uma matéria longa-normal entre os seus dois corpos massivos. Por si só, uma galáxia formada desta forma não teria o seu halo, por isso as novas medições não decidem sozinhas entre as duas histórias. O que a imagem da colisão por si só predizia era a própria trilha, e foi isso que a manteve em movimento.

Por que vale a pena perder uma auréola?

A razão mais profunda pela qual os astrónomos se preocupam é quase o oposto do que o título sugere. Encontrar galáxias sem matéria escura é, curiosamente, uma das melhores evidências de que a matéria escura é real. Se a gravidade simplesmente se comportasse de maneira diferente em galáxias fracas, como sugerem algumas teorias alternativas, então todas as galáxias de um determinado tamanho exibiriam a mesma anomalia. Em vez disso, algumas galáxias, todas aparentemente nascidas da mesma colisão, destacam-se dos milhares comuns. A matéria escura que pode ser deixada para trás durante um acidente é a matéria escura que existe como uma substância, não como uma peculiaridade da equação.

A maneira de resolver isso ainda passa pela cauda, ​​mas não pesando mais galáxias; Os autores do estudo observam que os membros restantes são tão fracos que os seus movimentos internos ficam fora do alcance da espectroscopia óptica. Uma caça ao gás mais empenhada. Se a colisão realmente aconteceu, parte do gás extraído dela ainda pode estar ao longo da trilha, e isso é o que os autores chamam de evidência “arma fumegante”. Encontre-o e uma estranha linha de galáxias num único campo tornar-se-á o teste mais nítido até agora sobre o que realmente é a matéria escura.