Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Chiba, no Japão, acaba de lançar nova luz sobre um dos maiores enigmas da física moderna: a distribuição da matéria escura no interior das galáxias. Utilizando dados do programa Hyper Suprime-Cam do telescópio Subaru, os cientistas aplicaram uma técnica refinada de lentes gravitacionais fracas para investigar como a matéria visível e invisível se organiza em galáxias elípticas massivas.

O estudo, assinado pelos astrofísicos Momoka Fujikawa e Masamune Oguri, representa a primeira análise sistemática que separa, com base em lentes gravitacionais fracas, as contribuições da matéria estelar e da matéria escura nas regiões centrais dessas galáxias .

“Estamos começando a acessar uma escala que antes era dominada apenas por modelos teóricos ou por técnicas indiretas”, afirmou Fujikawa no artigo. “Agora conseguimos observar diretamente como a matéria escura se comporta no coração das galáxias.”

A matéria escura, que não emite nem absorve luz, compõe cerca de 85% da matéria do Universo. Sua existência é inferida a partir de efeitos gravitacionais, como a rotação de galáxias e o desvio da luz — fenômeno conhecido como lente gravitacional.

Tradicionalmente, estudos sobre o interior das galáxias utilizavam lentes gravitacionais fortes ou medições de movimento estelar. O novo trabalho, porém, emprega o chamado “empilhamento” de lentes fracas: uma técnica que combina sinais sutis de milhares de galáxias para extrair um padrão médio altamente preciso.

Os dados analisados abrangem mais de 400 graus quadrados do céu, com uma densidade de aproximadamente 23 galáxias por minuto de arco, permitindo uma resolução inédita para esse tipo de estudo .

Um dos pontos centrais da pesquisa envolve o chamado “problema do núcleo” (core-cusp problem), uma discrepância entre previsões teóricas e observações. Modelos tradicionais de matéria escura fria (CDM) sugerem que a densidade aumenta abruptamente no centro das galáxias — formando um “pico” (cusp). No entanto, diversos estudos observacionais indicam regiões centrais mais uniformes, ou “núcleos” (cores).

O novo estudo reforça essa segunda hipótese — ao menos para um intervalo específico de massas estelares.

Os pesquisadores identificaram que galáxias com massas entre aproximadamente 1010,7 e 1011,1 massas solares apresentam evidências estatísticas robustas de núcleos de matéria escura com densidade mais plana, incompatíveis com o perfil tradicional de Navarro-Frenk-White (NFW) .

“Esse resultado sugere que a estrutura interna da matéria escura pode ser mais complexa do que os modelos padrão indicam”, escrevem os autores.

Uma possível explicação para esse comportamento envolve processos de “feedback bariônico” — fenômenos ligados à matéria comum, como explosões de supernovas e atividade de buracos negros.

Esses eventos liberam enormes quantidades de energia, capazes de redistribuir a matéria dentro das galáxias e suavizar a densidade da matéria escura no centro.

O estudo encontrou que, justamente nas galáxias onde surgem núcleos mais difusos, a fração de matéria escura é menor do que o previsto por simulações computacionais amplamente utilizadas, como os projetos EAGLE e TNG-100 .

“Isso indica que o efeito de feedback pode ser mais intenso na realidade do que nos modelos atuais”, apontam os pesquisadores.

Outro avanço importante do trabalho é a medição direta da relação entre massa estelar e massa do halo de matéria escura — conhecida como SHMR (stellar-to-halo mass relation).

Pela primeira vez, essa relação foi obtida exclusivamente por meio de lentes gravitacionais fracas, sem depender de estimativas indiretas baseadas em luz emitida.

Os resultados mostram que, para um dado halo, a quantidade de estrelas pode ser maior do que se pensava — sugerindo que a chamada função inicial de massa estelar (IMF) pode ser “mais pesada”, com maior proporção de estrelas de baixa massa .

Esse achado está em linha com estudos recentes que utilizam espectroscopia e até dados do telescópio espacial James Webb.

O estudo tem implicações profundas para a cosmologia moderna. Ao sugerir que a matéria escura pode se distribuir de maneira diferente do previsto, ele abre espaço para revisões em modelos fundamentais — ou até para novas hipóteses sobre a própria natureza dessa substância invisível.

Além disso, a metodologia demonstra o potencial das lentes gravitacionais fracas como ferramenta de alta precisão, especialmente em grandes levantamentos astronômicos.

Para Masamune Oguri, o caminho está apenas começando: “Combinar esse método com outras técnicas, como lentes fortes e dinâmica estelar, pode nos dar um retrato ainda mais detalhado da estrutura das galáxias.”

Os autores também destacam a importância de futuras pesquisas que explorem diferentes épocas do Universo e ampliem o alcance estatístico dos dados.

Mais de um século após as primeiras evidências da matéria escura, o fenômeno continua desafiando a ciência. Estudos como este mostram que, mesmo em escalas já amplamente investigadas, ainda há surpresas à espera.

Se os resultados forem confirmados por novas observações, eles podem representar um passo importante na compreensão da arquitetura invisível do cosmos — e, talvez, na redefinição de um dos pilares da física contemporânea.