Astrónomos revelam novo mapa das zonas mais afastadas da Via Láctea

O novo mapa revela pela primeira vez, com detalhe, a região ultraperiférica da nossa galáxia, conhecida como halo galáctico, uma área que fica fora dos braços espirais que formam o disco central reconhecível da Via Láctea e é esparsamente povoada por estrelas, mas tem um reservatório massivo de matéria escura, uma substância misteriosa e invisível que se pensa formar a maior parte de toda a massa do universo.

A informação que foi revelada num estudo liderado por astrónomos do Centro de Astrofísica Harvard & Smithsonian utiliza dados da missão Gaia da ESA e do NEOWISE, o projeto da NASA que pesquisa de objetos próximos da Terra.

O estudo que foi publicado na Revista Nature indica que uma pequena galáxia chamada Grande Nuvem de Magalhães  - que é a maior das duas galáxias anãs orbitando a Via Láctea - "navegou pelo halo galáctico da Via Láctea como um navio na água, sua gravidade criando um rastro nas estrelas por trás dele". Esta galáxia está localizada a cerca de 160.000 anos-luz da Terra e tem menos de um quarto da massa da Via Láctea.

"Embora as porções internas do halo tenham sido mapeadas com um alto nível de precisão, este é o primeiro mapa a fornecer uma imagem semelhante das regiões externas do halo, onde a esteira é encontrada - cerca de 200.000 anos-luz a 325.000 anos-luz da galáxia Centro", indicam os astrónomos. Estudos anteriores sugeriram a existência do velório, mas o mapa do céu confirma sua presença e oferece uma visão detalhada de sua forma, tamanho e localização.

Observação da matéria escura

Essa perturbação no halo permite aos astrónomos estudar um fenómeno que não podem observar diretamente: a matéria escura. Embora não emita, reflita ou absorva luz, a influência gravitacional da matéria escura foi observada em todo o universo. Acredita-se que um "patamar" sobre o qual as galáxias são construídas, "colando" os elementos. Sem a matéria escura as galáxias poderiam separar-se 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.

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Existam várias teorias sobre a natureza da matéria escura, mas todas indicam que ela deve estar presente no halo da Via Láctea. Se for esse o caso, à medida que a Grande Nuvem de Magalhães navega por esta região,  deve deixar um rastro na matéria escura também. A esteira observada no novo mapa estelar é considerada o contorno deste "caminho" de matéria escura; as estrelas são como folhas na superfície deste oceano invisível, e a sua posição vai mudando com a matéria escura.

"A interação entre a matéria escura e a Grande Nuvem de Magalhães tem grandes implicações para nossa galáxia", indicam os astrónomos do  Centro de Astrofísica Harvard & Smithsonian. Enquanto a Grande Nuvem de Magalhães orbita a Via Láctea, a gravidade da matéria escura também a atrasa. Isso vai fazer com que a órbita da galáxia anã fique cada vez menor, até que a galáxia finalmente colida com a Via Láctea, o que deverá acontecer dentre de cerca de 2 mil milhões de anos.

Esses tipos de fusões podem ser os principais impulsionadores do crescimento de galáxias massivas em todo o universo. Na verdade, os astrónomos acham que a Via Láctea se fundiu com outra pequena galáxia há cerca de 10 mil milhões de anos.

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"Este roubo da energia de uma galáxia menor não é apenas o motivo pelo qual a Grande Nuvem de Magalhães  se está a fundir com a Via Láctea, mas também é a razão por que todas as fusões de galáxias acontecem", explica Rohan Naidu, um estudante graduado em astronomia na Universidade de Harvard e co-autor do novo artigo . "O rastro no  nosso mapa é uma confirmação realmente clara de que nossa imagem básica de como as galáxias se fundem está correta!"

Uma oportunidade rara e um trabalho integrado

Os autores do artigo também acreditam que o novo mapa - junto com dados adicionais e análises teóricas - pode fornecer um teste para diferentes teorias sobre a natureza da matéria escura, como se consiste em partículas, como matéria regular, e quais são as propriedades dessas partículas.

“Pode imaginar que o rastro de um barco será diferente se o barco estiver a navegar pela água ou pelo mel [...] as propriedades da esteira são determinadas pela teoria da matéria escura que aplicamos”, afirmou  o co-autor do estudo Charlie Conroy, professor da Universidade de Harvard e astrónomo do Centro de Astrofísica.

O astrónomo liderou a equipa 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 é impossível descobrir se uma estrela está fraca e próxima ou brilhante e distante. A equipa usou dados da missão Gaia da ESA, que fornece a localização de muitas estrelas no céu, mas não pode medir distâncias até as estrelas nas regiões externas da Via Láctea.

Depois de identificar estrelas provavelmente localizadas no halo (porque elas não estavam obviamente dentro de nossa galáxia ou na Grande Nuvem de Magalhães), a equipa procurou  estrelas que pertencem a uma classe de estrelas gigantes que têm uma "assinatura" de luz específica detectável pelo NEOWISE. Conhecer as propriedades básicas das estrelas selecionadas permitiu descobrir sua distância da Terra e criar o novo mapa. Este mostra uma região que tem início a cerca de 200.000 anos-luz do centro da Via Láctea, ou onde estava previsto que começasse a esteira da Grande Nuvem de Magalhães, e estende-se por cerca de 125.000 anos-luz além disso.

A inspiração para esta investigação veio do trabalho de uma equipe de astrofísicos da Universidade do Arizona em Tucson que faz modelos de computador que preveem como deve ser a matéria escura no halo galáctico. Os dois grupos trabalharam juntos no novo estudo e um dos modelos da equipa do Arizona previu a estrutura geral e a localização específica da esteira estelar revelada no novo mapa.

Os dados confirmaram que o modelo estava correto e a equipa foi capaz de confirmar o que outras investigações também sugeriram: que a Grande Nuvem de Magalhães está provavelmente na sua primeira órbita ao redor da Via Láctea. Se a galáxia menor já tivesse feito várias órbitas, a forma e a localização da esteira seriam significativamente diferentes do que foi observado.

Os astrônomos acham que a Grande Nuvem de Magalhães se formou no mesmo ambiente que a Via Láctea e outra galáxia próxima, M31, e que está  a fazer a sua primeira órbita muito longa ao redor de nossa galáxia, que vai durar cerca de 13 mil milhões de anos. A sua próxima órbita será muito mais curta devido à sua interação com a Via Láctea.

"Confirmar nossa previsão teórica com dados observacionais indica que o nosso entendimento da interação entre essas duas galáxias, incluindo a matéria escura, está no caminho certo", defendeu o aluno de doutorado em astronomia da Universidade do Arizona, Nicolás Garavito-Camargo, que liderou os trabalhos sobre o modelo usado.

O novo mapa também oferece aos astrónomos uma rara oportunidade de testar as propriedades da matéria escura (a água nocional ou mel) na nossa própria galáxia. 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 equipa da Universidade do Arizona está a fazer simulações que usam diferentes teorias da matéria escura, para ver qual delas corresponde ao rastro observado nas estrelas.

“É um conjunto realmente especial de circunstâncias que se juntaram para criar este cenário que nos permite testar nossas teorias de matéria escura”, disse Gurtina Besla, coautora do estudo e professora associada da Universidade do Arizona. “Mas podemos só percebo esse teste com a combinação deste novo mapa e as simulações de matéria escura que construímos. "