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Astra´nomos lana§am novo mapa de todo o canãu dos confins da Via La¡ctea
Astra´nomos usando dados da NASA e dos telesca³pios da ESA (Agência Espacial Europeia) lançaram um novo mapa do canãu da regia£o mais externa de nossa gala¡xia.
Por Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics - 21/04/2021


Crédito: NASA / ESA / JPL-Caltech / Conroy et. al. 2021

Astra´nomos usando dados da NASA e dos telesca³pios da ESA (Agência Espacial Europeia) lançaram um novo mapa do canãu da regia£o mais externa de nossa gala¡xia. Conhecida como halo gala¡ctico, esta área fica fora dos braa§os espirais que formam o disco central reconheca­vel da Via La¡ctea e éesparsamente povoada por estrelas. Embora o halo possa parecer quase vazio, também estãoprevisto que contenha um reservata³rio massivo de matéria escura, uma substância misteriosa e invisível que se pensa formar a maior parte de toda a massa do universo.

Os dados para o novo mapa vão da missão Gaia da ESA e do Explorador de pesquisa de infravermelho de campo amplo de objeto pra³ximo a  Terra da NASA, ou NEOWISE, que operou de 2009 a 2013 sob o nome de WISE. O estudo, liderado por astrônomos do Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian e publicado hoje na Nature , faz uso de dados coletados pela Espaçonave entre 2009 e 2018.

O novo mapa revela como uma pequena gala¡xia chamada Grande Nuvem de Magalha£es (LMC) - assim chamada por ser a maior das duas gala¡xias ana£s orbitando a Via La¡ctea - navegou pelo halo gala¡ctico da Via La¡ctea como um navio na a¡gua, sua gravidade criando um rastro nas estrelas por trás disso. O LMC estãolocalizado a cerca de 160.000 anos-luz da Terra e tem menos de um quarto da massa da Via La¡ctea. Embora as porções internas do halo tenham sido mapeadas com um altonívelde precisão, este éo primeiro mapa a fornecer uma imagem semelhante das regiaµes externas do halo, onde a esteira éencontrada - cerca de 200.000 anos-luz a 325.000 anos-luz da gala¡xia Centro. Estudos anteriores sugeriram a existaªncia do vela³rio, mas o mapa do canãu confirma sua presença e oferece uma visão detalhada de sua forma, tamanho e localização.

Essa perturbação no halo também fornece aos astrônomos a oportunidade de estudar algo que eles não podem observar diretamente: a matéria escura . Embora não emita, reflita ou absorva luz, a influaªncia gravitacional da matéria escura foi observada em todo o universo. Acredita-se que ele crie um andaime sobre o qual as gala¡xias são construa­das, de modo que, sem ele, as gala¡xias se separariam enquanto giram. Estima-se que a matéria escura seja cinco vezes mais comum no universo do que toda a matéria que emite ou interage com a luz, de estrelas a planetas e nuvens de gás.

Embora existam várias teorias sobre a natureza da matéria escura, todas elas indicam que ela deveria estar presente no halo da Via La¡ctea. Se for esse o caso, a  medida que o LMC navega por essa regia£o, ele também deve deixar um rastro na matéria escura. A esteira observada no novo mapa estelar éconsiderada o contorno desta esteira de matéria escura; as estrelas são como folhas nasuperfÍcie deste oceano invisível, sua posição mudando com a matéria escura.
 
A interação entre a matéria escura e a Grande Nuvem de Magalha£es tem grandes implicações para nossa gala¡xia. Enquanto o LMC orbita a Via La¡ctea, a gravidade da matéria escura se arrasta sobre o LMC e o retarda. Isso fara¡ com que a a³rbita da gala¡xia anãfique cada vez menor, atéque a gala¡xia finalmente colida com a Via La¡ctea em cerca de 2 bilhaµes de anos. Esses tipos de fusaµes podem ser os principais impulsionadores do crescimento de gala¡xias massivas em todo o universo. Na verdade, os astrônomos acham que a Via La¡ctea se fundiu com outra pequena gala¡xia hácerca de 10 bilhaµes de anos.

"a‰ um conjunto realmente especial de circunsta¢ncias que se juntaram para criar este cena¡rio que nos permite testar nossas teorias de matéria escura", disse Gurtina Besla, coautora do estudo e professora associada da Universidade do Arizona. "Mas são podemos realizar esse teste com a combinação deste novo mapa e as simulações de matéria escura que construa­mos."


"Este roubo da energia de uma gala¡xia menor não éapenas o motivo pelo qual o LMC estãose fundindo com a Via La¡ctea, mas também por que todas as fusaµes de gala¡xias acontecem", disse Rohan Naidu, um estudante graduado em astronomia na Universidade de Harvard e coautor do novo artigo . "O rastro em nosso mapa éuma confirmação realmente clara de que nossa imagem ba¡sica de como as gala¡xias se fundem estãocorreta!"

Uma oportunidade rara

Os autores do artigo também acham que o novo mapa - junto com dados adicionais e análises tea³ricas - pode fornecer um teste para diferentes teorias sobre a natureza da matéria escura, como se ela consiste empartículas, como a matéria regular, e quais são as propriedades de essaspartículas são.

"Vocaª pode imaginar que o rastro de um barco serádiferente se o barco estiver navegando pela águaou pelo mel", disse o coautor do estudo Charlie Conroy, professor da Universidade de Harvard e astra´nomo do Centro de Astrofísica. "Neste caso, as propriedades da esteira são determinadas pela teoria da matéria escura que aplicamos."

Conroy liderou a equipe que mapeou as posições de mais de 1.300 estrelas no halo. O desafio surgiu ao tentar medir a distância exata da Terra a uma grande parte dessas estrelas: muitas vezes éimpossí­vel descobrir se uma estrela estãofraca e próxima ou brilhante e distante. A equipa utilizou dados da missão Gaia da ESA, que fornece a localização de muitas estrelas no canãu, mas não consegue medir distâncias a s estrelas nas regiaµes exteriores da Via La¡ctea.

Depois de identificar estrelas provavelmente localizadas no halo (porque elas não estavam obviamente dentro de nossa gala¡xia ou no LMC), a equipe procurou por estrelas que pertencem a uma classe de estrelas gigantes que tem uma "assinatura" de luz especa­fica detecta¡vel pelo NEOWISE. Conhecer as propriedades ba¡sicas das estrelas selecionadas permitiu a  equipe descobrir sua distância da Terra e criar o novo mapa. Ele mapeia uma regia£o comea§ando a cerca de 200.000 anos-luz do centro da Via La¡ctea, ou onde a esteira do LMC estava prevista para comea§ar, e se estende por cerca de 125.000 anos-luz além disso.

Conroy e seus colegas foram inspirados a caçar o rastro do LMC depois de aprender sobre uma equipe de astrofisicos da Universidade do Arizona em Tucson que fazem modelos de computador que prevaªem como deve ser a matéria escura no halo gala¡ctico. Os dois grupos trabalharam juntos no novo estudo. Um dos modelos da equipe do Arizona, que estãono novo estudo, previu a estrutura geral e a localização especa­fica da esteira estelar revelada no novo mapa. Assim que os dados confirmaram que o modelo estava correto, a equipe foi capaz de confirmar o que outras investigações também sugeriram: que o LMC estãoprovavelmente em sua primeira a³rbita ao redor da Via La¡ctea. Se a gala¡xia menor já tivesse feito a³rbitas maºltiplas, a forma e a localização da esteira seriam significativamente diferentes do que foi observado. Os astrônomos acham que o LMC se formou no mesmo ambiente que a Via La¡ctea e outra gala¡xia próxima, M31, e estava em uma primeira a³rbita muito longa ao redor de nossa gala¡xia (cerca de 13 bilhaµes de anos). Sua próxima a³rbita serámuito mais curta devido a  sua interação com a Via La¡ctea.

"Confirmar nossa previsão tea³rica com dados observacionais nos diz que nosso entendimento da interação entre essas duas gala¡xias, incluindo a matéria escura, estãono caminho certo", disse o aluno de doutorado em astronomia da Universidade do Arizona, Nicola¡s Garavito-Camargo, que liderou os trabalhos sobre o modelo usado no jornal.

O novo mapa também oferece aos astrônomos uma rara oportunidade de testar as propriedades da matéria escura (a águanocional ou mel) em nossa própria gala¡xia. No novo estudo, Garavito-Camargo e colegas usaram uma teoria popular da matéria escura chamada matéria escura fria que se ajusta ao mapa estelar observado relativamente bem. Agora, a equipe da Universidade do Arizona estãofazendo simulações que usam diferentes teorias da matéria escura, para ver qual delas corresponde ao rastro observado nas estrelas.

"a‰ um conjunto realmente especial de circunsta¢ncias que se juntaram para criar este cena¡rio que nos permite testar nossas teorias de matéria escura", disse Gurtina Besla, coautora do estudo e professora associada da Universidade do Arizona. "Mas são podemos realizar esse teste com a combinação deste novo mapa e as simulações de matéria escura que construa­mos."

 

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