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Astrônomos detectam halo de matéria escura estendido em torno da antiga galáxia anã
Esta descoberta de estrelas longínquas em uma galáxia anã antiga implica que as primeiras galáxias do universo também eram provavelmente estendidas e mais massivas do que se pensava anteriormente.
Por Jennifer Chu - 01/02/2021


Mapa de matéria escura da região de pesquisa KiDS (região G12). Crédito: pesquisa KiDS

A Via Láctea é cercada por dezenas de galáxias anãs que são consideradas relíquias das primeiras galáxias do universo. Entre os mais primitivos desses fósseis galácticos está Tucana II - uma galáxia anã ultrafaca que está a cerca de 50 kiloparsecs, ou 163.000 anos-luz, da Terra.

Agora, os astrofísicos do MIT detectaram estrelas na borda de Tucana II, em uma configuração que está surpreendentemente longe de seu centro, mas mesmo assim apanhada na atração gravitacional da minúscula galáxia. Esta é a primeira evidência de que Tucana II hospeda um halo de matéria escura estendido - uma região de matéria gravitacionalmente ligada que os pesquisadores calcularam ser três a cinco vezes mais massiva do que os cientistas haviam estimado. Esta descoberta de estrelas longínquas em uma galáxia anã antiga implica que as primeiras galáxias do universo também eram provavelmente estendidas e mais massivas do que se pensava anteriormente.

“Tucana II tem muito mais massa do que pensávamos, para ligar essas estrelas que estão tão distantes”, diz o estudante de pós-graduação do MIT Anirudh Chiti. "Isso significa que outras primeiras galáxias relíquias provavelmente também têm esses tipos de halos estendidos."

Os pesquisadores também determinaram que as estrelas nos arredores de Tucana II são mais primitivas do que as estrelas no centro da galáxia. Esta é a primeira evidência de tal desequilíbrio estelar em uma galáxia anã ultra fraca.

A configuração única sugere que a antiga galáxia pode ter sido o produto de uma das primeiras fusões no universo, entre duas galáxias infantes - uma ligeiramente menos primitiva que a outra.

"Podemos estar vendo a primeira assinatura do canibalismo galáctico", diz Anna Frebel, Professora Associada de Física do Silverman Family Career Development no MIT. "Uma galáxia pode ter comido uma de suas vizinhas ligeiramente menores e mais primitivas, que então espalhou todas as suas estrelas para a periferia."

Frebel, Chiti e seus colegas publicaram seus resultados hoje na Nature Astronomy .

Galáxias não tão fracas

Tucana II é uma das galáxias anãs mais primitivas conhecidas, com base no conteúdo metálico de suas estrelas. Estrelas com baixo teor de metal provavelmente se formaram muito cedo, quando o universo ainda não estava produzindo elementos pesados. No caso de Tucana II, os astrônomos identificaram previamente um punhado de estrelas ao redor do núcleo da galáxia com um conteúdo de metal tão baixo que a galáxia foi considerada a mais quimicamente primitiva das galáxias anãs ultrafacas conhecidas.
 
Chiti e Frebel se perguntaram se a antiga galáxia poderia abrigar outras estrelas ainda mais antigas, que poderiam lançar luz sobre a formação das primeiras galáxias do universo. Para testar essa ideia, eles obtiveram observações do Tucana II por meio do SkyMapper Telescope, um telescópio óptico baseado em terra na Austrália que tem uma visão ampla do céu ao sul.

A equipe usou um filtro de imagem no telescópio para localizar estrelas primitivas pobres em metais além do núcleo da galáxia. A equipe executou um algoritmo, desenvolvido pela Chiti, por meio dos dados filtrados para escolher estrelas com baixo teor de metal de forma eficiente, incluindo as estrelas previamente identificadas no centro e nove novas estrelas muito mais longe do núcleo galáctico.

"A análise de Ani mostra uma conexão cinemática, que essas estrelas distantes se movem em sincronia com as estrelas internas, como a água do banho descendo pelo ralo", acrescenta Frebel.

Os resultados sugerem que Tucana II deve ter um halo de matéria escura estendido que é três a cinco vezes mais massivo do que se pensava anteriormente, a fim de manter um controle gravitacional sobre essas estrelas distantes. A matéria escura é um tipo hipotético de matéria que se pensa constituir mais de 85 por cento do universo. Acredita-se que cada galáxia seja mantida unida por uma concentração local, ou halo, de matéria escura.

"Sem matéria escura, as galáxias simplesmente se separariam", Chiti. diz. "[A matéria escura] é um ingrediente crucial para fazer uma galáxia e mantê-la unida."

Os resultados da equipe são a primeira evidência de que uma galáxia anã ultra-tênue pode abrigar um halo de matéria escura estendido.

"Isso provavelmente também significa que as primeiras galáxias se formaram em halos de matéria escura muito maiores do que se pensava", disse Frebel. "Nós pensamos que as primeiras galáxias eram as menores e mais fracas galáxias. Mas na verdade elas podem ter sido várias vezes maiores do que pensávamos, e não tão minúsculas, afinal."

“Uma história canibal”

Chiti e Frebel seguiram seus resultados iniciais com observações de Tucana II feitas pelos Telescópios Magalhães no Chile. Com Magellan, a equipe se concentrou nas estrelas pobres em metal da galáxia para derivar suas metalidades relativas, e descobriu que as estrelas externas eram três vezes mais pobres em metal e, portanto, mais primitivas do que as do centro.

"Esta é a primeira vez que vimos algo que parece uma diferença química entre as estrelas internas e externas em uma galáxia antiga", disse Chiti.

Uma explicação provável para o desequilíbrio pode ser uma fusão galáctica precoce, na qual uma pequena galáxia - possivelmente entre a primeira geração de galáxias a se formar no universo - engoliu outra galáxia próxima. Este canibalismo galáctico ocorre constantemente em todo o universo hoje, mas não estava claro se as primeiras galáxias se fundiram de maneira semelhante.

"O Tucana II acabará sendo comido pela Via Láctea, sem piedade", diz Frebel. "E acontece que esta antiga galáxia pode ter sua própria história canibal."

A equipe planeja usar sua abordagem para observar outras galáxias anãs ultra-apagadas ao redor da Via Láctea, na esperança de descobrir estrelas ainda mais antigas e mais distantes.

"Provavelmente existem muitos mais sistemas, talvez todos eles, que têm essas estrelas piscando em seus arredores", disse Frebel.

 

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