Uma colaboração internacional de astrônomos localizou o que pode ser o menor aglomerado de matéria escura isolado já observado, com massa estimada em um milhão de vezes a do Sol e situado a cerca de 10 bilhões de anos-luz da Terra. O objeto foi identificado durante o estudo de um anel de Einstein — fenômeno de lente gravitacional que distorce a luz de uma galáxia distante quando esta passa por uma galáxia massiva no primeiro plano.
Pistas reveladas por um “entalhe” no anel de Einstein
A equipe liderada por John McKean (Universidade de Groningen e Observatório Sul-Africano de Radioastronomia) e Devon Powell (Instituto Max Planck de Astrofísica) uniu dados de vários radiotelescópios, entre eles a rede europeia EVN, o Green Bank Telescope (Estados Unidos) e o Very Long Baseline Array (Havaí). O arranjo formou um instrumento virtual com diâmetro comparável ao da Terra, permitindo captar detalhes ínfimos do anel gravitacional.
Ao analisar a imagem gravitacional gerada por algoritmos de alto desempenho, os cientistas notaram um entalhe incomum no arco de emissão de rádio de uma galáxia de fundo que hospeda um objeto compacto simétrico (CSO, na sigla em inglês). Esse entalhe só poderia ser causado por um corpo adicional entre as duas galáxias, com massa equivalente a aproximadamente um milhão de sóis.
Matéria escura fria ganha mais um indício de validade
Segundo os pesquisadores, existem duas hipóteses para explicar o responsável pela anomalia: um minúsculo grupo de estrelas pouco luminosas — típico de uma galáxia anã inativa — ou um aglomerado composto quase exclusivamente de matéria escura. Como não há emissão detectável de luz, a segunda opção ganha força e, se confirmada, representaria o menor halo de matéria escura já encontrado de forma isolada, superando em cem vezes o recorde anterior.
A descoberta reforça o modelo de matéria escura fria (CDM, em inglês), que prevê a formação de aglomerados de diferentes tamanhos a partir de partículas de baixa energia sujeitas apenas à interação gravitacional. “Encontrar objetos com essa baixa massa é essencial para compreendermos a natureza da matéria escura”, afirmou Chris Fassnacht, da Universidade da Califórnia em Davis, membro da equipe.
Observação desafiadora exige algoritmos de supercomputação
Grupos de matéria escura não emitem radiação eletromagnética, motivo pelo qual sua detecção depende de efeitos indiretos, como a distorção gravitacional da luz. Para mapear a distribuição de massa no anel de Einstein, os cientistas recorreram a supercomputadores capazes de reconstruir a “imagem da gravidade” a partir de sinais de rádio captados por antenas espalhadas pelo planeta.
De acordo com relatórios da equipe, o padrão observado é compatível com simulações baseadas no CDM. A sensibilidade do conjunto de telescópios já previa a possibilidade de encontrar pelo menos um objeto escuro no campo, o que aumenta a confiança no resultado. Os detalhes do estudo estão descritos em dois artigos: um na revista Nature Astronomy, dedicado ao novo aglomerado, e outro nos Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, focado no CSO estudado.
Implicações para a física de partículas e a cosmologia
A dimensão mínima de um halo de matéria escura funciona como um limite natural para características das partículas que compõem essa substância invisível, como massa e velocidade. Se aglomerados de apenas um milhão de massas solares forem comuns, modelos que sugerem matéria escura mais “quente” ou interativa tendem a perder força.
Especialistas indicam que a confirmação de objetos tão leves pode orientar a próxima geração de experimentos de detecção direta, bem como aperfeiçoar simulações de formação de galáxias. Além disso, o resultado pode influenciar a interpretação de estudos de microlentes gravitacionais na Via Láctea e em outros sistemas próximos.
Imagem: Keith Cooper published
Próximos passos: ampliar a amostra e refinar modelos
Os autores planejam aplicar a mesma metodologia a outros anéis de Einstein observados em diferentes comprimentos de onda, aumentando a estatística e comparando a frequência de halos escuros com as previsões teóricas. A expectativa é que futuros observatórios, como o Square Kilometre Array, ofereçam sensibilidade ainda maior para detectar distorções provocadas por massas inferiores.
Enquanto isso, telescópios já em operação continuam vasculhando o céu em busca de novos candidatos. “O desafio agora é descobrir quantos aglomerados desse tipo existem e se a quantidade observada coincide com o que os modelos apontam”, destacou Powell.
Para o público geral, a identificação de um provável mini-halo de matéria escura representa mais um passo no entendimento dos 85 % de matéria invisível que permeiam o cosmos. Conforme a lista de objetos desse tipo crescer, poderemos aproximar-nos das propriedades fundamentais que definem não só a evolução das galáxias, mas também a própria composição do Universo.
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Curiosidade
A lente gravitacional analisada neste estudo forma quase um anel perfeito porque a galáxia de fundo, a galáxia de primeiro plano e a Terra estão quase perfeitamente alinhadas no espaço. Esse alinhamento é tão raro que apenas uma fração minúscula das galáxias observáveis cria anéis de Einstein completos, o que faz de cada exemplo um laboratório natural valioso para testar teorias sobre matéria escura e expansão do Universo.
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