{"id":7171,"date":"2024-07-26T06:12:04","date_gmt":"2024-07-26T05:12:04","guid":{"rendered":"https:\/\/ccvalg.pt\/astronomia\/wordpress\/?p=7171"},"modified":"2024-07-26T06:12:05","modified_gmt":"2024-07-26T05:12:05","slug":"a-materia-escura-voa-a-frente-da-materia-normal-numa-colisao-entre-enxames-de-galaxias","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ccvalg.pt\/astronomia\/wordpress\/2024\/07\/26\/a-materia-escura-voa-a-frente-da-materia-normal-numa-colisao-entre-enxames-de-galaxias\/","title":{"rendered":"A mat\u00e9ria escura voa \u00e0 frente da mat\u00e9ria normal numa colis\u00e3o entre enxames de gal\u00e1xias"},"content":{"rendered":"
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Esta impress\u00e3o art\u00edstica mostra o que aconteceu quando dois enormes enxames de gal\u00e1xias, conhecidos coletivamente como MACS J0018.5, colidiram: a mat\u00e9ria escura nos enxames de gal\u00e1xias (azul) navegou \u00e0 frente das nuvens de g\u00e1s quente associadas, ou mat\u00e9ria normal (laranja). Tanto a mat\u00e9ria escura como a mat\u00e9ria normal sentem a atra\u00e7\u00e3o da gravidade, mas apenas a mat\u00e9ria normal sofre efeitos adicionais como choques e turbul\u00eancia que a abrandam durante as colis\u00f5es.\nCr\u00e9dito: Observat\u00f3rio W.M. Keck\/Adam Makarenko<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Os astr\u00f3nomos desenlearam uma colis\u00e3o confusa entre dois enormes enxames de gal\u00e1xias, na qual as vastas nuvens de mat\u00e9ria escura dos enxames se separaram da chamada mat\u00e9ria normal. Os dois enxames cont\u00eam cada um milhares de gal\u00e1xias e est\u00e3o situados a milhares de milh\u00f5es de anos-luz da Terra. Ao atravessarem-se um pelo outro, a mat\u00e9ria escura – uma subst\u00e2ncia invis\u00edvel que sente a for\u00e7a da gravidade, mas n\u00e3o emite luz – passou \u00e0 frente da mat\u00e9ria normal. As novas observa\u00e7\u00f5es s\u00e3o as primeiras a sondar diretamente a dissocia\u00e7\u00e3o das velocidades da mat\u00e9ria escura e da mat\u00e9ria normal.<\/p>\n\n\n\n

Os enxames de gal\u00e1xias est\u00e3o entre as maiores estruturas do Universo, coladas umas \u00e0s outras pela for\u00e7a da gravidade. Apenas 15 por cento da massa desses enxames \u00e9 mat\u00e9ria normal, a mesma mat\u00e9ria que constitui os planetas, as pessoas e tudo o que vemos \u00e0 nossa volta. Desta mat\u00e9ria normal, a grande maioria \u00e9 g\u00e1s quente, enquanto o resto s\u00e3o estrelas e planetas. Os restantes 85% da massa do enxame corresponde \u00e0 mat\u00e9ria escura.<\/p>\n\n\n\n

Durante a luta que ocorreu entre os enxames, conhecidos coletivamente como MACS J0018.5+1626, as gal\u00e1xias individuais sa\u00edram praticamente ilesas porque existe muito espa\u00e7o entre elas. Mas quando as enormes reservas de g\u00e1s entre as gal\u00e1xias (a mat\u00e9ria normal) colidiram, o g\u00e1s tornou-se turbulento e sobreaquecido. Embora toda a mat\u00e9ria, incluindo a mat\u00e9ria normal e a mat\u00e9ria escura, interaja atrav\u00e9s da gravidade, a mat\u00e9ria normal tamb\u00e9m interage atrav\u00e9s do eletromagnetismo, que a torna mais lenta durante uma colis\u00e3o. Assim, enquanto a mat\u00e9ria normal ficou atolada, as “po\u00e7as” de mat\u00e9ria escura dentro de cada enxame navegaram em frente.<\/p>\n\n\n\n

Imagine uma colis\u00e3o massiva entre v\u00e1rios cami\u00f5es basculantes que transportam areia, sugere Emily Silich, autora principal de um novo estudo que descreve os resultados na revista The Astrophysical Journal. “A mat\u00e9ria escura \u00e9 como a areia e voa em frente”. Silich \u00e9 estudante de p\u00f3s-gradua\u00e7\u00e3o que trabalha com Jack Sayers, professor investigador de f\u00edsica no Caltech e investigador principal do estudo.<\/p>\n\n\n\n

A descoberta foi feita utilizando dados do CSO (Caltech Submillimeter Observatory, recentemente retirado do seu local em Maunakea, no Hawaii, que ser\u00e1 transferido para o Chile), do Observat\u00f3rio W.M. Keck em Maunakea, do Observat\u00f3rio de raios X Chandra da NASA, do Telesc\u00f3pio Espacial Hubble da NASA, do Observat\u00f3rio Espacial Herschel da ESA, do observat\u00f3rio Planck (cujos centros cient\u00edficos afiliados da NASA estavam sediados no IPAC do Caltech) e do ASTE (Atacama Submillimeter Telescope Experiment) no Chile. Algumas das observa\u00e7\u00f5es foram efetuadas h\u00e1 d\u00e9cadas, enquanto a an\u00e1lise completa utilizando todos os conjuntos de dados teve lugar nos \u00faltimos dois anos.<\/p>\n\n\n\n

Esta dissocia\u00e7\u00e3o entre a mat\u00e9ria escura e a mat\u00e9ria normal j\u00e1 foi observada anteriormente, sendo a mais famosa a do Enxame Bullet. Nessa colis\u00e3o, o g\u00e1s quente pode ser visto claramente a ficar atr\u00e1s da mat\u00e9ria escura, depois dos dois enxames de gal\u00e1xias se terem atravessado um ao outro. A situa\u00e7\u00e3o que ocorreu em MACS J0018.5+1626 (referido subsequentemente como MACS J0018.5) \u00e9 semelhante, mas a orienta\u00e7\u00e3o da fus\u00e3o girou cerca de 90 graus em rela\u00e7\u00e3o \u00e0 do Enxame Bullet. Por outras palavras, um dos enxames massivos de MACS J0018.5 est\u00e1 a voar quase a direito em dire\u00e7\u00e3o \u00e0 Terra, enquanto o outro est\u00e1 a afastar-se. Esta orienta\u00e7\u00e3o deu aos investigadores um ponto de vantagem \u00fanico que lhes permite, pela primeira vez, mapear a velocidade da mat\u00e9ria escura e da mat\u00e9ria normal e elucidar a forma como estas se separam uma da outra durante a colis\u00e3o de enxames de gal\u00e1xias.<\/p>\n\n\n\n

“Com o Enxame Bullet, \u00e9 como se estiv\u00e9ssemos sentados numa bancada a assistir a uma corrida de autom\u00f3veis e consegu\u00edssemos captar belos instant\u00e2neos dos carros que se movem da esquerda para a direita”, diz Sayers. “No nosso caso, \u00e9 mais como se estiv\u00e9ssemos na reta da meta com uma pistola de radar, parados \u00e0 frente de um carro que vem na nossa dire\u00e7\u00e3o e consegu\u00edssemos obter a sua velocidade.”<\/p>\n\n\n\n

Para medir a velocidade da mat\u00e9ria normal, ou g\u00e1s, no enxame, os investigadores utilizaram um m\u00e9todo de observa\u00e7\u00e3o conhecido como efeito cin\u00e9tico Sunyaev-Zel’dovich (ou efeito SZ). Sayers e os seus colegas fizeram a primeira dete\u00e7\u00e3o observacional do efeito cin\u00e9tico SZ num objeto c\u00f3smico individual, um enxame de gal\u00e1xias chamado MACS J0717, em 2013, utilizando dados do CSO (as primeiras observa\u00e7\u00f5es do efeito SZ feitas de MACS J0018.5 datam de 2006).<\/p>\n\n\n\n

O efeito cin\u00e9tico SZ ocorre quando os fot\u00f5es do in\u00edcio do Universo, a radia\u00e7\u00e3o c\u00f3smica de fundo em micro-ondas, se dispersam nos eletr\u00f5es do g\u00e1s quente a caminho da Terra. Os fot\u00f5es sofrem um desvio, o chamado efeito Doppler, devido aos movimentos dos eletr\u00f5es nas nuvens de g\u00e1s ao longo da nossa linha de vis\u00e3o. Medindo a mudan\u00e7a de brilho da radia\u00e7\u00e3o c\u00f3smica de fundo em micro-ondas devido a este efeito, os investigadores podem determinar a velocidade das nuvens de g\u00e1s dentro dos enxames de gal\u00e1xias.<\/p>\n\n\n\n

“Os efeitos Sunyaev-Zeldovich eram ainda uma ferramenta de observa\u00e7\u00e3o muito recente quando eu e Jack vir\u00e1mos a nova c\u00e2mara do CSO para os enxames de gal\u00e1xias em 2006, e n\u00e3o faz\u00edamos ideia de que haveria descobertas como esta”, diz Sunil Golwala, professor de f\u00edsica e orientador de doutoramento de Silich. “Aguardamos com expetativa uma s\u00e9rie de novas surpresas quando colocarmos os instrumentos de pr\u00f3xima gera\u00e7\u00e3o no telesc\u00f3pio na sua nova casa no Chile.”<\/p>\n\n\n\n

Em 2019, os investigadores tinham efetuado estas medi\u00e7\u00f5es do efeito cin\u00e9tico SZ em v\u00e1rios enxames de gal\u00e1xias, o que lhes indicava a velocidade do g\u00e1s, ou mat\u00e9ria normal. Tamb\u00e9m utilizaram o Keck para conhecer a velocidade das gal\u00e1xias no enxame, o que lhes indicou, por aproxima\u00e7\u00e3o, a velocidade da mat\u00e9ria escura (porque a mat\u00e9ria escura e as gal\u00e1xias se comportam de forma semelhante durante a colis\u00e3o). Mas, nesta fase da investiga\u00e7\u00e3o, a equipa tinha um conhecimento limitado das orienta\u00e7\u00f5es dos enxames. Sabiam apenas que um deles, MACS J0018.5, apresentava sinais de algo estranho – o g\u00e1s quente, ou mat\u00e9ria normal, viajava na dire\u00e7\u00e3o oposta \u00e0 da mat\u00e9ria escura.<\/p>\n\n\n\n

“T\u00ednhamos esta ‘coisa’ estranha com velocidades em dire\u00e7\u00f5es opostas e, no in\u00edcio, pens\u00e1mos que poderia ser um problema com os nossos dados. Mesmo os nossos colegas que simulam enxames de gal\u00e1xias n\u00e3o sabiam o que se estava a passar”, diz Sayers. “Depois, a Emily envolveu-se e desenleou tudo.”<\/p>\n\n\n\n

Como parte da sua tese de doutoramento, Silich debru\u00e7ou-se sobre o enigma de MACS J0018.5. Recorreu a dados do Observat\u00f3rio de raios-X Chandra para revelar a temperatura e a localiza\u00e7\u00e3o do g\u00e1s nos enxames, bem como o grau em que o g\u00e1s estava a sofrer choques. “Estas colis\u00f5es de enxames s\u00e3o os fen\u00f3menos mais energ\u00e9ticos desde o Big Bang”, diz Silich. “O Chandra mede as temperaturas extremas do g\u00e1s e diz-nos qual a idade da fus\u00e3o e qu\u00e3o recentemente os enxames colidiram.” A equipa tamb\u00e9m trabalhou com Adi Zitrin da Universidade Ben-Gurion do Negev em Israel para usar os dados do Hubble para mapear a mat\u00e9ria escura usando um m\u00e9todo conhecido como lente gravitacional.<\/p>\n\n\n\n

Adicionalmente, John ZuHone, do Centro de Astrof\u00edsica | Harvard & Smithsonian, ajudou a equipa a simular a destrui\u00e7\u00e3o do enxame. Estas simula\u00e7\u00f5es foram usadas em combina\u00e7\u00e3o com os dados dos v\u00e1rios telesc\u00f3pios para determinar a geometria e a fase evolutiva do encontro entre os enxames. Os cientistas descobriram que, antes de colidirem, os enxames estavam a mover-se um para o outro a cerca de 3000 quil\u00f3metros\/segundo, o que equivale a cerca de um por cento da velocidade da luz. Com uma imagem mais completa do que se estava a passar, os investigadores conseguiram perceber porque \u00e9 que a mat\u00e9ria escura e a mat\u00e9ria normal pareciam estar a viajar em dire\u00e7\u00f5es opostas. Embora os cientistas digam que \u00e9 dif\u00edcil de visualizar, a orienta\u00e7\u00e3o da colis\u00e3o, juntamente com o facto da mat\u00e9ria escura e da mat\u00e9ria normal se terem separado uma da outra, explica as estranhas medi\u00e7\u00f5es de velocidade.<\/p>\n\n\n\n

No futuro, os investigadores esperam que mais estudos como este conduzam a novas pistas sobre a misteriosa natureza da mat\u00e9ria escura. “Este estudo \u00e9 um ponto de partida para estudos mais pormenorizados sobre a natureza da mat\u00e9ria escura”, diz Silich. “Temos um novo tipo de sonda direta que mostra como a mat\u00e9ria escura se comporta de forma diferente da mat\u00e9ria normal”.<\/p>\n\n\n\n

Sayers, que se lembra de ter recolhido pela primeira vez os dados do CSO sobre este objeto h\u00e1 quase 20 anos, diz: “Demor\u00e1mos muito tempo a juntar todas as pe\u00e7as do puzzle, mas agora sabemos finalmente o que se passa. Esperamos que isto conduza a uma forma totalmente nova de estudar a mat\u00e9ria escura nos enxames”.<\/p>\n\n\n\n

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