Mistério da galáxia sem matéria escura é finalmente desvendado

Por Daniele Cavalcante | 02 de Dezembro de 2020 às 16h20
NASA/ESA/P. Van Dokkum

Em 2018, uma galáxia chamada NGC 1052-DF4 deixou os astrônomos perplexos. É que, ao contrário de qualquer estrutura do universo, ela parece não ter matéria escura — um tipo de matéria presente em todo o cosmos que, embora seja invisível, é indispensável para que as coisas no espaço existam da forma que vemos. Agora, esta galáxia está desmoronando, provando que, de fato, a matéria escura é fundamental para manter as coisas no lugar.

Não há muita dúvida sobre a existência da matéria escura no universo. É um consenso de que ela existe, só não se sabe ainda do que é feita. Ela está, na verdade, em uma proporção de 5 por 1 em relação à matéria normal (ou seja, todo o resto que podemos enxergar). Para colocar em outra perspectiva, estima-se que ela possivelmente constitui 80% da matéria total do universo. Para onde quer que olhemos, ela está lá, nessas mesmas proporções.

Mas as coisas ficaram esquisitas quando a galáxia NGC 1052-DF4 (vamos abreviá-la para DF4) não apresentou nenhum sinal de matéria escura nas leituras dos dados coletados. Só que parece que o universo não dá “ponto sem nó”, e essa peculiaridade custará caro à galáxia: ela não formou novas estrelas em cerca de 7 bilhões de anos e, de acordo com um estudo liderado por Mireia Montes, está nos últimos estágios de ser destruída.

Bem, chegar a esta conclusão não foi uma tarefa fácil. Muitas vezes, na ciência, devemos começar com as suposições mais óbvias e testá-las para, talvez, confirmá-las — ou eliminá-las, partindo assim para as menos prováveis. Então, em vez de buscar entender por que uma galáxia não tem matéria escura, talvez seja mais óbvio seguir as leis básicas que conhecemos: uma galáxia não pode se formar sem matéria escura. Isso significa que, talvez, a matéria ausente da DF4, na verdade existia, mas desapareceu.

Duas galáxias sem matéria escura?

A galáxia DF2 é tão difusa que foi chamada pelos astrônomos de "transparente", pois é possível ver outras galáxias através dela (Imagem: Reprodução/NASA/ESA/P. Van Dokkum)

Para entender melhor a galáxia DF4, foi necessário rever algumas coisas que se sabia sobre ela. Às vezes, algo que não faz sentido foi apenas um problema nas observações. Acontece. No caso da DF4, foi mais ou menos assim.

Bom, a massa dessa galáxia é bem baixa, tanto por conta da ausência de matéria escura, quanto pelo baixo número de estrelas. Ela faz parte de um grupo chamado galáxias anãs ultra-difusas. Elas são tênues, consistem em estrelas mais velhas e têm algumas propriedades, digamos, diferenciadas.

Há outra galáxia desse tipo, chamada NGC 1052-DF2 (DF2, para abreviar), e ela foi considerada uma espécie de “irmã” da DF4 — ambas com estrelas velhas, sem formação de novas estrelas há muito tempo, movem-se muito devagar, e há pouca gravidade mantendo-as juntas. Além disso, ambas pareciam ser galáxias satélites de uma galáxia bem maior, chamada NGC 1052.

O fato de haver pouca gravidade nas duas “irmãs” pode nos levar a concluir que ambas possuem pouca — ou nenhuma — matéria escura. E elas são difusas, ou seja, ocupam muito espaço com pouca matéria (poucas estrelas, pouco gás e pouca poeira). Pior ainda, elas já deveriam ter se dispersado há muito tempo. Sem a incrível gravidade da matéria escura mantendo uma galáxia inteira, suas estrelas e gás se espalham.

Para complicar ainda mais, elas estão em torno da NGC 1052. É impossível que os puxões gravitacionais de galáxias grandes não desmanche por completo anãs ultra-difusas ao longo do tempo. Considerando a idade das estrelas na DF2 e DF4, sabemos que essas galáxias estão sobrevivendo por mais tempo do que a lógica nos diz ser possível.

Um pequeno erro de cálculo

A galáxia NGC 1052 (canto superior esquerdo) e a galáxia próxima NGC 1042 (centro). Embora pareçam próximas, elas estão na verdade separadas por cerca de 20 milhões de anos-luz (Imagem: Reprodução/ESA/Hubble/NASA)

Um dos mistérios foi resolvido com novas observações. Os pesquisadores perceberam que a DF2, na verdade, não faz parte do mesmo grupo que a DF4. O erro de cálculo de distância foi justificável: ocorreu uma espécie de “ilusão de ótica”, devido à posição desses e de outros objetos em relação à Terra. Todos estavam na mesma linha de visão, então é fácil confundir a qual grande galáxia as anãs ultra-difusas estão vinculadas.

Foi então determinado que nenhuma das duas anãs ultra-difusas está vinculada à NGC 1052, e também que as duas não são exatamente irmãs. As novas medições também concluíram que a DF2 tinha uma quantidade típica de matéria escura. Parte do mistério resolvido, mas a DF4 ainda continuava intrigante: mesmo com sua distância corrigida, ainda teria pouca matéria escura para sobreviver por tanto tempo.

Matéria escura roubada

Quando os astrônomos descobriram as distâncias corretas das galáxias, perceberam que a DF4 está vinculada, na verdade, à grande galáxia NGC 1035 e as interações entre ambas eram muito diferentes do que haviam imaginado. O que está acontecendo por lá é simples: um roubo de matéria escura.

A DF4 é, de fato, bem antiga, com pelo menos alguns bilhões de anos. Ela conseguiu se formar com sucesso, então a matéria escura estava por lá em algum momento. Entretanto, as interações com a NGC 1052 levaram a uma perda de matéria da galáxia anã-difusa. Afinal, o objeto de maior massa sempre atrairá para si a matéria do objeto de menor massa.

Quando existe apenas um objeto mais massivo exercendo puxão gravitacional sobre outro bem menos massivo, ocorre o famoso processo de “espaguetificação”. O objeto maior começa a separar os componentes menos massivos do objeto menor e exerce forças diferentes em diferentes partes do corpo de pouca massa. Se a DF4 está perto de uma grande galáxia, ela será esticada ao longo de um dos seus lados (em direção à galáxia grande), enquanto a extremidade oposta será comprimida.

Dados da galáxia NGC DF4, coletados pelo Hubble em 2019, indo oito vezes mais fundo do que as observações anteriores (Imagem: Reprodução/S. Danieli)

Além disso, a remoção da matéria da galáxia menor deve começar de fora para dentro, ou seja, o material na “periferia galáctica” é esticado primeiro e com muito mais intensidade, ficando mais fácil de ser removido e engolido pela galáxia grande. O material localizado no centro do objeto menor sobrevive por mais tempo, e pode ficar até intacto até o fim do processo.

Ao redor de galáxias anãs ultra-difusas, assim como em qualquer outra galáxia, existe um halo de matéria escura muito maior e mais difuso (ou seja, espalhado) do que qualquer componente de matéria normal. Em outras palavras, a primeira vítima da interação com a NGC 1052 foi a matéria escura da DF4. Enquanto a matéria normal da galáxia anã descia para o centro, a matéria escura permanecia predominantemente na periferia, e acabou sendo “roubada” pela gravidade da galáxia grande.

Essa é a história. A razão de praticamente não haver matéria escura por lá é porque ela está sendo ativamente removida da galáxia. E a razão pela qual a DF4 conseguiu sobreviver por tanto tempo é porque está passando por este processo agora, e provavelmente será destruída por completo em alguns milhões de anos (um piscar de olhos nas proporções cósmicas). A matéria escura já deve ter sido totalmente roubada e agora sua matéria normal começará também a se esticar e dilacerar rumo à NGC 1052.

O fenômeno de uma galáxia ter sua matéria puxada, espaguetificada e dilacerada por outro objeto altamente massivo se chama "evento de ruptura de marés". É o mesmo que acontece quando uma estrela é capturada por um buraco negro, mas nesse caso o processo seria mais rápido. Com o fim do mistério, os astrônomos podem dormir tranquilos com a certeza renovada de que não pode haver galáxias sobrevivendo sem matéria escura — se é que essa explicação também se aplica às outras 19 galáxias sem matéria escura encontradas em 2019.

Fonte: Starts With a Bang

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