O Telescópio Espacial James Webb da NASA focou-se recentemente no Enxame da Bala - fornecendo imagens altamente detalhadas que mostram uma maior abundância de galáxias extremamente ténues e distantes do que nunca. Usando as nítidas observações no infravermelho próximo desta região, os investigadores mapearam de forma mais completa o conteúdo dos enxames de galáxias em colisão.

"Com as observações do Webb, medimos cuidadosamente a massa do Enxame da Bala com o maior conjunto de dados de lentes até à data, desde os núcleos dos enxames de galáxias até à sua periferia", disse Sangjun Cha, autor principal do artigo científico publicado na revista The Astrophysical Journal Letters e estudante de doutoramento na Universidade Yonsei em Seul, Coreia do Sul (estudos anteriores do Enxame da Bala com outros telescópios basearam-se em muito menos dados de lentes, o que resultou em estimativas menos precisas da massa do sistema).

"As imagens do Webb melhoram drasticamente o que podemos medir nesta cena - incluindo a localização exata das partículas invisíveis conhecidas como matéria escura", disse Kyle Finner, coautor e cientista assistente no IPAC (Infrared Processing and Analysis Center) do Caltech em Pasadena, no estado norte-americano da Califórnia.

Mapeando a matéria escura

Todas as galáxias são constituídas por estrelas, gás, poeira e matéria escura, que estão ligadas entre si pela gravidade. O Enxame da Bala é constituído por duas coleções de galáxias muito massivas, conhecidas como enxames de galáxias, que estão eles próprios ligados pela gravidade.

Estes enxames de galáxias atuam como lentes gravitacionais, ampliando a luz das galáxias de fundo. "As lentes gravitacionais permitem-nos inferir a distribuição da matéria escura", disse James Jee, coautor, professor na Universidade Yonsei e investigador associado na Universidade da Califórnia em Davis.

Para visualizar as lentes gravitacionais e a matéria escura, pense num lago cheio de água limpa e seixos. "Não se consegue ver a água a não ser que haja vento, o que provoca ondulações", explicou Jee. "Essas ondulações distorcem as formas dos seixos por baixo, fazendo com que a água atue como uma lente". A mesma coisa acontece no espaço, mas a água é matéria escura e os seixos são galáxias de fundo.

No total, a equipa mediu milhares de galáxias nas imagens do Webb para "pesar" com precisão a massa visível e invisível destes enxames de galáxias. Também mapearam e mediram cuidadosamente a luz coletiva emitida por estrelas que já não estão ligadas a galáxias individuais - conhecidas como estrelas intra-enxame.

O mapa revisto do Enxame da Bala pode ser consultado numa nova imagem: sobreposta a uma imagem pelo instrumento NIRCam (Near-Infrared Camera) do Webb estão dados do Observatório de raios X Chandra da NASA que mostram gás quente a rosa, incluindo a forma de bala à direita. As medições refinadas da matéria escura, calculadas pela equipa com base nas observações do Webb, estão representadas a azul.

As descobertas são persuasivas: "Confirmámos que a luz intra-enxame pode ser um marcador fiável da matéria escura, mesmo num ambiente altamente dinâmico como o Enxame da Bala", disse Cha. Se estas estrelas não estiverem ligadas a galáxias, mas sim à matéria escura do enxame, poderá ser mais fácil determinar mais pormenores sobre a matéria invisível.

Vistas como um todo, as novas medições dos investigadores melhoram significativamente o que sabemos sobre a forma como a massa se distribui pelo Enxame da Bala. O enxame galáctico à esquerda tem uma área assimétrica e alongada de massa ao longo da margem esquerda da região azul, o que é uma pista que aponta para fusões anteriores nesse enxame.

A matéria escura não emite, reflete ou absorve luz, e as descobertas da equipa indicam que a matéria escura não mostra sinais de autointeração significativa. Se a matéria escura se autointeragisse nas observações do Webb, a equipa veria um desvio entre as galáxias e a respetiva matéria escura.

"À medida que os enxames de galáxias colidiam, o seu gás foi arrastado e deixado para trás, o que os raios X confirmam", disse Finner. As observações do Webb mostram que a matéria escura continua alinhada com as galáxias - e não foi arrastada.

Embora medições anteriores com outros telescópios também tenham identificado massa invisível para além da massa das galáxias, era ainda possível que a matéria escura pudesse interagir consigo própria até certo ponto. Estas novas observações colocam limites mais fortes no comportamento das partículas de matéria escura.

O Telescópio Espacial James Webb da NASA captou a região central do Enxame da Bala com o instrumento NIRCam (Near-Infrared Camera). A cena contém dois enormes enxames de galáxias que se situam em ambos os lados da grande galáxia espiral azul clara no centro. As imagens extremamente precisas do Webb revelaram muitas outras galáxias distantes e objetos ténues, permitindo a uma equipa de investigadores determinar a massa dos dois enxames de galáxias. Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI; ciência - James Jee (Universidade Yonsei/UC Davis), Sangjun Cha (Universidade Yonsei), Kyle Finner (IPAC no Caltech)

"Repetição" da colisão

Os novos aglomerados estranhos e a linha alongada de massa que a equipa identificou podem significar que o Enxame da Bala foi produzido por mais do que uma colisão de enxames de galáxias há milhares de milhões de anos.

O enxame maior, que agora se situa à esquerda, pode ter sofrido uma pequena colisão antes de embater no enxame de galáxias agora à direita. O mesmo enxame maior pode também ter sofrido depois uma interação violenta, causando um abalo adicional do seu conteúdo. "Um cenário mais complicado levaria a um enorme alongamento assimétrico, como o que vemos à esquerda", disse Jee.

A cabeça de um "gigante"

O Enxame da Bala é enorme, mesmo na vasta extensão do espaço. O NIRCam do Webb cobriu uma parte significativa dos enormes detritos com as suas imagens, mas não a totalidade. "É como olhar para a cabeça de um gigante", disse Jee. "As imagens iniciais do Webb permitem-nos extrapolar o peso de todo o 'gigante', mas precisaremos de observações futuras de todo o 'corpo' do gigante para medições precisas".

Num futuro próximo, os investigadores terão também imagens expansivas no infravermelho próximo pelo Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA, que deverá ser lançado em maio de 2027. "Com o Roman, teremos estimativas completas da massa de todo o Enxame da Bala, o que nos permitirá recriar a colisão real em computadores", disse Finner.

O Enxame da Bala encontra-se na direção da constelação de Quilha, a 3,8 mil milhões de anos-luz da Terra.

// NASA (comunicado de imprensa)
// STScI (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal Letters)

Quer saber mais?

Enxame da Bala:
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Enxames galácticos:
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Matéria escura:
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