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As qualidades e o comportamento da matéria escura, a “cola” invisível do Universo, continuam envoltas em mistério. Embora as galáxias sejam maioritariamente constituídas por matéria escura, compreender a sua distribuição no interior de uma galáxia fornece pistas sobre esta substância e qual a sua relevância para a evolução galáctica.
Embora as simulações de computador sugiram que a matéria escura deve acumular-se no centro de uma galáxia, o que se designa por pico de densidade, muitas observações telescópicas anteriores indicaram que, em vez disso, se encontra dispersa de forma mais uniforme por toda a galáxia. A razão para esta tensão entre o modelo e a observação continua a confundir os astrónomos, reforçando o mistério da matéria escura.
Uma equipa de astrónomos voltou-se para o Telescópio Espacial Hubble da NASA para tentar esclarecer este debate, medindo os movimentos dinâmicos das estrelas na galáxia anã de Draco, um sistema situado a cerca de 250.000 anos-luz da Terra. Utilizando observações que se estenderam por 18 anos, conseguiram construir a mais exata compreensão tridimensional dos movimentos das estrelas no interior da pequena galáxia. Para tal, foi necessário analisar quase duas décadas de observações de arquivo da galáxia anã pelo Hubble.
“Os nossos modelos tendem a concordar mais com uma estrutura tipo pico de densidade, o que está de acordo com os modelos cosmológicos”, disse Eduardo Vitral do STScI (Space Telescope Science Institute) em Baltimore, EUA, principal autor do estudo. “Embora não possamos dizer definitivamente que todas as galáxias contêm uma distribuição de matéria escura do tipo pico de densidade, é excitante dispor de dados tão bem medidos que ultrapassam tudo o que já tivemos antes.”
Mapeando os movimentos das estrelas
Para saber mais sobre a matéria escura numa galáxia, os cientistas podem olhar para as suas estrelas e para os seus movimentos, que são dominados pela atração da matéria escura. Uma abordagem comum para medir a velocidade dos objetos que se movem no espaço é o efeito Doppler – uma mudança observada no comprimento de onda da luz quando uma estrela se aproxima ou se afasta da Terra. Embora esta velocidade na linha de visão possa fornecer algumas informações valiosas, não se pode retirar assim tanto desta fonte unidimensional de informação.
Para além de se aproximarem ou afastarem de nós, as estrelas também se movem pelo céu, têm o seu movimento próprio. Ao combinar a velocidade da linha de visão com os movimentos próprios, a equipa criou uma análise sem precedentes dos movimentos 3D das estrelas.
“Melhorias nos dados e melhorias na modelação andam normalmente de mãos dadas”, explicou Roeland van der Marel do STScI, coautor do artigo científico que iniciou o seu estudo há mais de 10 anos. “Se não tivermos dados muito sofisticados ou apenas dados unidimensionais, os modelos relativamente simples podem muitas vezes adaptar-se. Quanto maior for o número de dimensões e a complexidade dos dados recolhidos, mais complexos terão de ser os modelos para captar verdadeiramente todas as subtilezas dos dados.”
Uma maratona científica (não um sprint)
Tendo em conta que as galáxias anãs são conhecidas por terem uma maior proporção de matéria escura do que outros tipos de galáxias, a equipa concentrou-se na galáxia anã de Draco, que é um satélite relativamente pequeno e esferoidal da Via Láctea.
“Quando se medem os movimentos próprios, anota-se a posição de uma estrela numa determinada época e, muitos anos mais tarde, mede-se a posição dessa mesma estrela. Mede-se depois o deslocamento,” explicou Sangmo Tony Sohn do STScI, outro coautor do artigo e investigador principal do mais recente programa de observações. “Para este tipo de observação, quanto mais tempo se espera, melhor se pode medir a deslocação das estrelas.”
A equipa analisou uma série de épocas que vão de 2004 a 2022, uma extensa linha de base que só o Hubble poderia fornecer, devido à combinação da sua visão estável e nítida com o tempo recorde de funcionamento. O rico arquivo de dados do telescópio ajudou a diminuir o nível de incerteza na medição dos movimentos próprios das estrelas. A precisão é equivalente a medir um desvio anual um pouco menor do que a largura de uma bola de golfe, situada na Lua e vista a partir da Terra.
Com três dimensões de dados, a equipa reduziu a quantidade de suposições aplicadas em estudos anteriores e considerou características específicas da galáxia – como a sua rotação e a distribuição das suas estrelas e da matéria escura – nos seus próprios esforços de modelação.
Um futuro excitante
As metodologias e modelos desenvolvidos para a galáxia anã de Draco podem ser aplicados a outras galáxias no futuro. A equipa já está a analisar as observações do Hubble da galáxia anã do Escultor e da galáxia anã de Ursa Menor.
O estudo da matéria escura requer a observação de diferentes ambientes galácticos e implica também a colaboração entre diferentes missões de telescópios espaciais. Por exemplo, o futuro Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA ajudará a revelar novos pormenores sobre as propriedades da matéria escura em diferentes galáxias, graças à sua capacidade de observar grandes áreas do céu.
“Este tipo de estudo é um investimento a longo prazo e requer muita paciência”, refletiu Vitral. “Conseguimos fazer esta ciência graças a todo o planeamento que foi feito ao longo dos anos para recolher estes dados. Os conhecimentos que recolhemos são o resultado de um grupo maior de investigadores que tem vindo a trabalhar nestas questões há muitos anos.”
Estes resultados foram aceites para publicação na revista The Astrophysical Journal.
// NASA (comunicado de imprensa)
// STScI (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal)
// Artigo científico (arXiv.org)
Saiba mais:
Notícias relacionadas:
SPACE.com
Universe Today
PHYSORG
Matéria escura:
Wikipedia
O problema do pico de densidade (Wikipedia)
Movimento próprio:
Wikipedia
Galáxia anã de Draco:
Wikipedia
Telescópio Espacial Hubble:
Hubble, NASA
ESA
Hubblesite
STScI
SpaceTelescope.org
Base de dados do Arquivo Mikulski para Telescópios Espaciais
Arquivo de Ciências do eHST
