Dá para “ver” o invisível no cosmos - basta observar o que a gravidade faz com a luz. Foi assim que astrônomos detectaram um aglomerado compacto de matéria invisível dentro de uma galáxia cuja luz levou cerca de 7,3 bilhões de anos para chegar até nós.
O que exatamente é esse “caroço” ainda não está definido, mas o tamanho chama atenção para a distância em que foi encontrado: ele tem algo em torno de 1 milhão de vezes a massa do Sol. Isso o torna o menor objeto já identificado por seu efeito gravitacional em grandes distâncias cósmicas, com uma diferença de aproximadamente 100 vezes em relação ao recorde anterior.
“Este é o objeto de menor massa conhecido por nós, por duas ordens de magnitude, detectado a uma distância cosmológica por seu efeito gravitacional”, explica uma equipe liderada pelo astrofísico Devon Powell, do Instituto Max Planck de Astrofísica, na Alemanha.
“Este trabalho demonstra a viabilidade observacional de usar imagens gravitacionais para sondar o regime de um milhão de massas solares muito além do nosso Universo local.”
Com base no que observamos do Universo, existe algo lá fora que não emite luz e só interage com o restante do cosmos por meio da gravidade.
Chamamos isso de matéria escura, e há várias hipóteses sobre o que ela pode ser. A “textura” dessa matéria - se é mais lisa ou mais aglomerada - ajuda os cientistas a restringir as possibilidades. Só que, como a matéria escura não brilha, mapear sua distribuição é um desafio.
É aqui que a gravidade entra. Tudo no Universo que tem massa faz o espaço-tempo se curvar ao redor - quanto maior a massa, maior a curvatura. Imagine colocar uma bola de boliche em uma cama elástica. Se você rolar uma bolinha de gude sobre a lona esticada, ela vai seguir uma trajetória curva ao passar perto da bola de boliche.
Agora imagine que a bola de boliche é uma galáxia e a bolinha de gude é um fóton. Um conjunto de fótons vindo de uma galáxia distante, ao atravessar o espaço-tempo deformado pela gravidade de uma galáxia mais próxima (a “bola de boliche”), chega até nós esticado, distorcido e ampliado. Isso é o que chamamos de lente gravitacional.
Essas lentes são uma ferramenta excelente para estudar o Universo distante, porque ampliam regiões do espaço profundo de um jeito que a tecnologia, sozinha, não consegue. E os astrônomos também podem usar essa luz distante, esticada e deformada, para mapear como a matéria está distribuída na galáxia-lente em primeiro plano.
Foi exatamente isso que Powell e seus colegas decidiram fazer, usando uma ampla rede de radiotelescópios - incluindo o Green Bank Telescope, o Very Long Baseline Array e a European Very Long Baseline Interferometric Network - para se concentrar em um sistema de lente gravitacional bem conhecido chamado JVAS B1938+666.
Esse sistema é composto por uma galáxia em primeiro plano com tempo de viagem da luz de cerca de 7,3 bilhões de anos e uma galáxia mais distante, com aproximadamente 10,5 bilhões de anos de viagem da luz, cuja imagem foi esticada e quadruplicada pela galáxia mais próxima.
Uma das imagens da galáxia sob lente aparece como um arco de luz brilhante e borrado; nesse arco, os pesquisadores identificaram uma espécie de “aperto”, como uma covinha comprimida. Eles determinaram que esse aperto não poderia ter sido produzido apenas pela galáxia-lente. Em vez disso, o responsável precisa ser um aglomerado de massa - uma conclusão alcançada com um nível de confiança impressionante de 26 sigma.
“Desde a primeira imagem de alta resolução, observamos imediatamente um estreitamento no arco gravitacional, que é o sinal característico de que estávamos diante de algo”, diz o astrônomo John McKean, da Universidade de Groningen, na Holanda.
“Apenas outro pequeno aglomerado de massa entre nós e a galáxia de rádio distante poderia causar isso.”
Essa massa não emite luz - nem no óptico, nem no rádio, nem no infravermelho. Ou ela é totalmente escura, ou é fraca demais para ser observada. Isso significa que há mais de uma possibilidade para sua natureza. Os principais candidatos são um aglomerado de matéria escura ou uma galáxia anã que emite pouca luz demais para detectarmos.
Por enquanto, as duas opções são plausíveis, e serão necessários novos estudos para identificar o verdadeiro responsável.
“Dada a sensibilidade dos nossos dados, esperávamos encontrar pelo menos um objeto escuro, então nossa descoberta é consistente com a chamada ‘teoria da matéria escura fria’, na qual se baseia grande parte do nosso entendimento sobre como as galáxias se formam”, afirma Powell.
“Tendo encontrado um, a questão agora é se conseguimos achar mais e se a quantidade continuará de acordo com os modelos.”
As descobertas foram detalhadas em artigos complementares publicados na Nature Astronomy e na Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
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