Esse filamento de teia cósmica é a maior estrutura em rotação vista no universo

Por Daniele Cavalcante | Editado por Patrícia Gnipper | 15 de Junho de 2021 às 17h50
AIP/A. Khalatyan/J. Fohlmeister

Embora todos os objetos do universo estejam em movimento, os astrônomos geralmente assumem que, em grande escala, as estruturas devem se mover só um pouquinho — ou nem isso. Estamos falando de objetos realmente grandes, como as teias cósmicas, cujas dimensões nem sequer fazem algum sentido. Entretanto, uma nova pesquisa demonstrou que talvez alguns filamentos, na verdade, estejam girando.

Algumas partes da teia cósmica são verdadeiros "monstros" (na falta de um adjetivo que expresse corretamente a imensidão desses objetos) formados por incontáveis galáxias, e eles podem apresentar diferentes formatos. Por exemplo, eles podem ganhar o aspecto de tubos enrolados, mais ou menos parecidos com aquelas cordas torcidas feitas de cipó. Observar essas estruturas por inteiro é praticamente inviável, mas é possível ter um vislumbre.

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Usando dados do Sloan Digital Sky Survey, uma equipe de cientistas examinou mais de 17 mil filamentos. Eles conseguiram fazer isso através de uma análise da velocidade com que as galáxias que compõem esses tubos se movem, e acabaram descobrindo que, na verdade, elas giram em torno do eixo central de cada filamento a uma velocidade de até 360 mil km/h. A pergunta que fica é: por que elas giram?

Essa pergunta é muito pertinente, porque a teia cósmica é supostamente uma estrutura muito antiga, composta de hidrogênio que sobrou do Big Bang. Entretanto, não parece que o Big Bang tenha fornecido alguma força de torque primordial para essas teias cósmicas, então o que quer que tenha causado a rotação desses filamentos deve ter acontecido mais tarde. Uma hipótese que merece atenção especial é a de que a própria rotação das galáxias resultou no torque dos filamentos.

Como filamentos cósmicos podem girar?

Uma imagem real de um trecho da teia cósmica (Imagem: Reprodução/Hideki Umehata)

A força de torque é o que rege a rotação de um corpo. Quando aplicamos torque a um objeto, mais precisamente em um vetor perpendicular ao objeto e a alguma distância do eixo de rotação, esse corpo deve girar — como uma manivela, por exemplo. Se o objeto não está rotacionando ou rotaciona em velocidade constante, ele está em equilíbrio rotacional, o que é comparável a pedalar em uma bicicleta que já está na velocidade máxima que determinada marcha pode atingir. Cada pedalada será inútil até se perder alguma velocidade.

Já o momento angular é uma grandeza física que mede a quantidade de movimento dos corpos em rotação. Assim, é o “agente” das rotações, enquanto o momento angular mede esse movimento em quantidade vetorial, com direção e sentido bem definidos. No universo, existe uma lei inviolável, que é a conservação de momento angular: os objetos continuarão girando se outro torque diferente de nulo não for aplicado.

Como não há atrito no ambiente espacial, a Terra continuará girando ao redor do Sol, por exemplo, e isso ocorre porque ela é formada de poeira que fazia o mesmo. O momento angular foi conservado mesmo após a criação de um novo objeto a partir do disco protoplanetário. O oposto também é verdadeiro — um objeto estático não pode começar a girar do nada, sem um torque, uma força externa.

O Big Bang começou com uma espécie de plasma denso que, após a expansão inicial, deu origem à matéria, antimatéria, matéria escura e radiação, tudo em contínua expansão uniforme e igual em todas as direções, exceto por algumas pequenas imperfeições onde a densidade era maior. Com o tempo, elas atraem a matéria circundante e, após muito tempo, isso leva à formação de nuvens moleculares de gás, estrelas, galáxias e toda a teia cósmica.

À direita está a imagem real de um filamento cósmico, e à esquerda uma simulação de computador para comparação (Imagem: Reprodução/Reiprich/Space Science Reviews)

Aqui começa o problema. Ao contrário das imperfeições de densidade que aumentam, qualquer giro ou rotação inicial deve decair na mesma proporção que o universo se expande. Imagine novamente aquela manivela: se ela, por algum troque mágico, o disco ficar cem vezes maior, você terá que fazer mais força para manter uma rotação significante. Afinal, a manivela terá que percorrer uma distância muito maior. Em algum momento do universo, não haverá nenhum momento angular, ou qualquer giro nas maiores escalas cósmicas.

Entretanto, o momento angular precisa permanecer em algum lugar, e esse lugar é nas estruturas menores que estão colapsando. Quanto maior a quantidade de colapso gravitacional a que uma estrutura for submetida, mais ela deve girar. Perceba, o momento angular é o mesmo, mas se a matéria se compacta no colapso, ela vai girar mais rápido. Voltando ao universo inicial, mesmo que ele nasça sem nenhum momento angular, em algum momento as regiões superdensas vão ganhar torque à medida que colapsam, simplesmente porque a gravidade criará forças de marés entre os objetos.

Isso significa que, de certo modo, podemos “criar” momento angular “do nada”, graças à gravidade e à expansão do universo. E sempre que um objeto puxa outro para criar um torque, uma força igual e contrária criará um torque naquele primeiro objeto também. E, assim, os torques causados por marés podem reunir aglomerados que ganharão momento angular, e aqui temos um modelo (bastante simplificado) de formação de sistemas como galáxias, estrelas, planetas e luas.

Em escalas maiores, no entanto, não deveria haver uma rotação “de tudo”, pois não há estruturas maiores. O novo estudo tentou medir esses torques em filamentos, e descobriram que em filamentos individuais, não podemos ver nada, mas “ao empilhar milhares de filamentos juntos e examinar a velocidade das galáxias perpendiculares ao eixo do filamento (via redshift e blueshift), descobrimos que esses objetos também exibem movimento vertical consistente com a rotação”, disseram os autores.

Simulação de um grande filamento cósmico com rotação em seu próprio eixo (Imagem: Reprodução/AIP/A. Khalatyan/J. Fohlmeister)

Isso torna os filamentos os “maiores objetos conhecidos por terem momento angular”, de acordo com os autores. “A força do sinal de rotação depende diretamente do ângulo de visão e do estado dinâmico do filamento. A rotação do filamento é mais claramente detectada quando vista de lado”. A conclusão é que não sabemos exatamente porque eles estão girando, mas o torque causado por marés é uma boa pista para começar a investigação.

Mesmo que ainda haja muito a descobrir sobre isso, a rotação dos filamentos gigantescos fornecem uma valiosa informação para os futuros modelos do universo. Os pesquisadores detalharam essas descobertas este mês na revista Nature Astronomy.

Fonte: Space.comStarts With a Bang

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