Ao longo de milhares de milhões de anos, um antigo aglomerado de estrelas entrou em colapso lentamente, fazendo com que as estrelas formassem agora uma faixa tênue e estreita no espaço. Esta delicada estrutura está a oferecer aos astrónomos uma nova forma de investigar um dos maiores mistérios do Universo.
Uma equipa de investigação internacional, incluindo um astrónomo da Universidade Northwestern, identificou a primeira corrente estelar deste tipo vista fora da Via Láctea. Os astrónomos previram há muito tempo que tais correntes deveriam existir em torno de outras galáxias, mas a sua extrema fraqueza tornou-as difíceis de detectar.
A corrente recém-descoberta também fornece aos cientistas uma ferramenta incomum para estudar a matéria escura, uma das principais questões não respondidas da astrofísica. Ao analisar a forma da corrente, os investigadores reconstruíram o campo gravitacional da sua galáxia hospedeira e usaram essa informação para determinar como a matéria escura invisível afetava o caminho das estrelas.
As descobertas poderão, em última análise, ajudar os cientistas a investigar como a matéria escura está distribuída em muitas galáxias diferentes e por todo o universo.
O estudo foi publicado em 12 de agosto na revista Natureza.
“As estrelas no fluxo estelar viajam aproximadamente na mesma órbita, e essa órbita é moldada pela gravidade da galáxia”, disse Tjitske Starkenberg da Northwestern, co-autor do estudo. “Ao modelar essa gravidade, podemos estimar a massa total da galáxia. Já sabemos quanto dessa massa vem de matéria visível como estrelas, então o resto deve ser matéria escura.”
Starkenberg, especialista em astronomia extragaláctica, é professor assistente de pesquisa no Centro de Exploração Interdisciplinar e Pesquisa em Astrofísica da Northwestern. O estudo foi co-liderado por Julie Kiel Holm, da Universidade de Copenhague, e Sarah Pearson, da Universidade Técnica da Dinamarca.
Encontrado o primeiro fluxo estelar através da galáxia
Os aglomerados globulares são grupos densamente compactados de estrelas, mantidos juntos pela gravidade. À medida que um desses aglomerados gira em torno de sua galáxia hospedeira, a atração gravitacional da galáxia pode lentamente afastar estrelas dele.
Essas estrelas não se espalham em todas as direções assim. Em vez disso, continuam a seguir aproximadamente o mesmo caminho orbital, formando fluxos estelares longos e finos que retêm informações sobre as forças gravitacionais que experimentam.
Os astrônomos identificaram dezenas de fluxos criados por aglomerados globulares dentro da galáxia. No entanto, nenhuma corrente comparável foi encontrada em qualquer outra galáxia até agora. Essas estruturas são geralmente tão fracas que desaparecem à luz das galáxias hospedeiras.
A descoberta veio através de observações de arquivo do Telescópio Espacial Hubble da NASA, apresentadas pelos co-autores do estudo David Sand e Katherine Fielder, ambos astrónomos da Universidade do Arizona. Quando o coautor do estudo David Hendel estava examinando imagens da galáxia ultradifusa UGC 9050-DW1 para sua publicação, ele notou um arco tênue e estreito que parecia um fluxo estelar.
UGC 9050-Dw1 está localizado a cerca de 115 milhões de anos-luz da Terra. Como existem relativamente poucas estrelas na galáxia, isto proporcionou um fundo invulgarmente escuro que tornou fácil distinguir o fluxo ténue.
Uma nova maneira de medir a matéria escura
O significado da descoberta vai muito além de encontrar o riacho. Os investigadores mostraram agora pela primeira vez que um fluxo estelar de aglomerados globulares pode ser usado para sondar a matéria escura em galáxias além da Via Láctea.
Cerca de 85% da matéria do universo é matéria escura. Como não emite nem reflete luz, os astrônomos não podem observá-lo diretamente. Em vez disso, detectam os seus efeitos através dos efeitos gravitacionais que exerce sobre estrelas, galáxias e outros objetos visíveis.
Assim que o fluxo foi identificado, a equipe executou milhares de simulações em computador. Os pesquisadores testaram diferentes combinações de características do aglomerado globular e possíveis distribuições de matéria escura para determinar quais cenários poderiam reproduzir a aparência observada do fluxo.
Os modelos que melhor corresponderam às observações forneceram novas estimativas da massa total de UGC 9050-DW1 e mostraram como essa massa está distribuída por toda a galáxia. Os resultados indicaram que UGC 9050-DW1 contém grandes quantidades de matéria escura, como os astrónomos esperavam para uma galáxia hiperestendida.
“Os nossos resultados são consistentes com estudos anteriores e com o que mostraram sobre a matéria escura nesta galáxia ultra-difusa,” disse Kiel Holm. “Estamos medindo-o com um instrumento completamente novo para este tipo de galáxia, demonstrando que este método também funciona para além da nossa própria galáxia.”
Fluxos estelares podem iluminar a estrutura da matéria escura
Embora a análise atual se concentre em apenas uma galáxia, esta descoberta poderá levar à descoberta de fluxos estelares semelhantes em torno de muitos tipos diferentes de galáxias. Com uma amostra maior, os astrónomos poderão aprender mais sobre como a matéria escura se comporta e como se distribui.
Fluxos estelares finos podem ser particularmente valiosos porque pequenas concentrações de matéria escura podem perturbá-los, criando lacunas ou aglomerados visíveis.
“Finos fluxos estelares podem desenvolver lacunas ou aglomerados quando pequenas concentrações de matéria escura passam através deles”, disse Starkenberg. “Os astrónomos debatem há muito tempo se isto acontece nas correntes dentro da galáxia que temos visto. Se conseguirmos confirmar o que causa estas características, isso dar-nos-á uma forma inteiramente nova de investigar como a matéria escura é distribuída – e, em última análise, aprender mais sobre a sua natureza fundamental.”
Novos telescópios podem encontrar muito mais fluxos
Observatórios futuros poderão tornar muito mais fácil encontrar essas estruturas indescritíveis. A missão Euclid da Agência Espacial Europeia e o Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA foram projetados para pesquisar áreas muito maiores do céu do que o Hubble, aumentando as chances de os astrônomos detectarem fluxos estelares em torno de galáxias adicionais.
“É emocionante termos descoberto um fino fluxo estelar em torno de uma galáxia diferente da nossa com dados previamente existentes do Telescópio Espacial Hubble e confirmado isso com dados de telescópios terrestres”, disse Starkenberg. “Isto torna-o muito promissor à medida que novos telescópios se tornam disponíveis, incluindo o Telescópio Espacial Romano, que pode ver uma área 100 vezes maior que o Hubble.”
O estudo, “Evidência do primeiro fluxo estelar de aglomerado globular além da Via Láctea”, foi apoiado por Willem Fonden (prêmio número VIL53081) e pela União Europeia (prêmio BeyondStreams número 101115754). Starkenberg também agradece o apoio da NSF (número de concessão AST-2510183) e da NASA (número de concessão 22-Roman22-0055 e 22-Roman22-0013).
