James Webb se torna um rastreador de matéria escura com pequeno truque

Um pequeno truque transformou o James Webb um “caçador” de matéria escura. Com a detecção da luz extragaláctica nos aglomerados de galáxias, o telescópio de infravermelho pode revelar a distribuição dessa matéria invisível e nos fornecer uma visão nova do universo.

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A matéria escura é um dos maiores desafios da física, pois seu único meio de interação com a matéria bariônica (matéria “normal”, que inclui tudo o que podemos observar de algum modo).

Os cientistas são confiantes sobre a existência da matéria escura porque ela tem massa e, portanto, interage gravitacionalmente. Na verdade, as observações de galáxias, lentes gravitacionais e aglomerados de galáxias só podem ser explicadas adicionando a matéria escura aos seus arredores.

Luz extragaláctica e matéria escura

Hoje, os astrônomos sabem que essa matéria invisível está por trás da formação e evolução das galáxias. Uma das evidências (na imagem logo abaixo) são as lentes gravitacionais — quando uma galáxia muito distante é ampliada pelo aglomerado de galáxias mais próximo de nós. Mas essas lentes são formadas por uma quantidade maior de massa do que se esperaria se descartássemos a matéria escura.

Astrônomos também detectam a presença de matéria escura em mapas de raios-X (rosa) e matéria bariônica (azul) de vários aglomerados de galáxias em colisão (imagem abaixo). O mapa mostra uma separação clara entre a matéria normal e os efeitos gravitacionais, sendo essa uma das evidências mais fortes para a matéria escura.

Isso não significa que a matéria escura aparece nas imagens; o que ocorre é um pouco mais complicado, porém elegante. Os raios-X, nesse caso, estão revelando onde colisões de galáxias criam temperaturas superiores a várias centenas de milhares de graus, criando uma luz proveniente de fora das galáxias, porém dentro do aglomerado.

Essa luz é chamada de “luz intergaláctica, pois a fonte são estrelas e outros fenômenos — incluindo colisão de matéria quando galáxias estão em processo de fusão — fora das galáxias individuais. Mas nem toda luz intergaláctica é resultando apenas desses processos da matéria bariônica.

Quando as galáxias interagem dentro de aglomerados, estrelas e fluxos de maré são removidas e enviados para fora das galáxias às quais pertenciam. Embora não possamos distinguir essas estrelas individualmente, elas ainda brilham, emitindo uma luz intergaláctica fraca.

Como a matéria escura atrai gravitacionalmente essas estrelas, luz evolui como um rastreador de matéria escura, como no caso da Galáxia Girino. Sua cauda enorme é uma evidência de interações de maré — quando alguma força gravitacional puxa e estica a matéria galáctica, formando um fio que se contrai sob sua própria gravidade para formar estrelas.

No caso da Galáxia Girino, a cauda é de aproximadamente 280.000 anos-luz de comprimento e revela estrelas seguindo a distribuição de matéria escura dessa região, criando a luz intergaláctica.

Apesar de conseguir detectar a matéria escura com essas técnicas, os telescópios ainda não conseguiram fornecer dados detalhados o suficiente para um estudo ainda mais profundo. Isso pode mudar com o telescópio James Webb.

James Webb detectando matéria escura

Em um novo estudo, publicado no The Astrophysichal Journal Letters pelos pesquisadores Mireia Montes e Ignacio Trujillo, o telescópio James Webb foi usado com a técnica de observação da luz intergaláctica para estudar a matéria escura.

A dupla usou a primeira imagem de campo profundo do JWST e calibrou os dados para extrair mais informações sobre a luz intergaláctica. Na animação abaixo, com 3 frames, observamos a imagem do campo profundo original, uma versão de cor invertida e uma versão aprimorada de contraste/brilho para realçar a luz intergaláctica.

Eles encontraram uma luz criada por fusões e acréscimos luminosos causados por fatores externos. Existem muitas luzes que vieram de fora do aglomerado de galáxias e se confundem com a luz intra-aglomerado, mas a dupla conseguiu separar todas elas e eliminar a luminosidade de objetos externos.

A luz restante sugere que as fusões galácticas dentro dos aglomerados são a principal fonte de estrelas formadoras de luz intergaláctica. Uma vez que a matéria emissora dessa luminosidade responde à matéria escura, os autores do estudo mostraram que a técnica de rastreamento de matéria escura é excelente se os dados do James Webb forem usados.

Tal técnica já existia com outros telescópios de infravermelho, mas o James Webb é o mais poderoso deles. Ou seja: podemos ter muitas novidades sobre a matéria escura do universo em um futuro próximo.

Fonte: IAC, Starts With a Bang