Resumo:
Os astrónomos esperam há muito tempo procurar evidências de matéria escura através de lacunas, curvas e outras estruturas invulgares nos fluxos de estrelas em torno da Via Láctea. No entanto, um novo estudo da Universidade de Washington mostra que mesmo sem os pequenos aglomerados de matéria escura que se pensa criarem estas características, a própria estrutura gravitacional da galáxia pode produzir praticamente o mesmo fenómeno.
Os fluxos estelares são fitas alongadas de estrelas que orbitam galáxias. Os investigadores simularam cerca de 15.000 fluxos estelares em quatro galáxias virtuais semelhantes em tamanho à Via Láctea e excluíram deliberadamente pequenos aglomerados de matéria escura chamados “subhalos de matéria escura”. Após o equivalente a 5 mil milhões de anos de evolução simulada, quase todos os fluxos estelares desenvolveram estruturas irregulares em vários graus, e apenas 70 permaneceram completamente suaves.
Arpit Arora, o primeiro autor do artigo de investigação e pós-doutorando em astronomia na Universidade de Washington, disse que os resultados da simulação mostram que a própria galáxia hospedeira pode formar uma variedade de anomalias comuns em fluxos estelares reais. Agora, os investigadores podem primeiro prever os efeitos das próprias galáxias e depois isolar ainda mais a porção que pode realmente ser causada pela matéria escura.
Pesquisas relevantes foram publicadas no Astrophysical Journal.
Essas distorções originam-se principalmente da falta de homogeneidade da estrutura interna da galáxia. Na simulação, as estrelas não estão distribuídas uniformemente pelo disco da galáxia, mas formam regiões com densidades diferentes, semelhantes às estruturas complexas das galáxias reais. À medida que fluxos de estrelas passam por regiões mais densas, campos gravitacionais irregulares podem dobrá-los, rasgá-los ou espalhá-los.
Alora originalmente esperava que a galáxia criasse algumas anomalias, mas ela não esperava que houvesse um número tão grande. Quase todos os riachos passam por algum tipo de mudança estrutural, disse ele, o que significa que a suposição tradicional de que os riachos são inerentemente alongados e suaves não é necessariamente verdadeira.
As morfologias que surgiram na simulação incluíram ondulações, curvas, torções, saliências, ramificações, lacunas e aglomerados estelares. Alguns fluxos estelares são completamente destruídos pelo ambiente gravitacional complexo e em constante mudança da galáxia hospedeira. Fluxos de estrelas mais próximos do núcleo da galáxia tendem a desenvolver características mais irregulares porque passam com mais frequência por regiões densas e estruturalmente complexas.
Esta descoberta torna mais difícil a utilização de fluxos estelares para estudar a matéria escura. Acredita-se que a matéria escura ocupe a grande maioria da massa do universo e forneça o “esqueleto” para a formação das galáxias. No entanto, não interage com a luz e dificilmente interage diretamente com a matéria comum. Atualmente, os cientistas só podem inferir a sua existência através de efeitos gravitacionais.
Nora Shipp, professora assistente de astronomia na Universidade de Washington e co-autora do artigo, disse que a Via Láctea é um dos melhores laboratórios para estudar a matéria escura, e os fluxos estelares são uma das suas ferramentas mais afiadas. Os fluxos estelares são formados quando um grupo de estrelas entra em uma galáxia e é capturado por sua gravidade. À medida que este grupo de estrelas orbita a galáxia, a gravidade da galáxia estica-o em fitas alongadas. A maioria das galáxias pode ter fluxos estelares, mas aquelas ao redor da Via Láctea são as mais fáceis de observar.
Muitos fluxos estelares na Via Láctea apresentam lacunas e dobras. No passado, os astrónomos especularam que estas estruturas podem ser formadas por perturbações gravitacionais em fluxos de estrelas que passam perto de subhalos de matéria escura. Se esta explicação for verdadeira, espera-se que a forma da corrente estelar ajude os cientistas a compreender a composição e distribuição da matéria escura.
No entanto, novas simulações mostram que antes de atribuir estas distorções à matéria escura, os investigadores devem primeiro descartar efeitos semelhantes na própria galáxia hospedeira. Arora planeja adicionar aglomerados de matéria escura em simulações subsequentes e testar se eles produzem padrões únicos que são distinguíveis dos efeitos da própria galáxia.
Observações futuras também poderão ajudar os cientistas a fazer esta distinção. Espera-se que o Telescópio Simoni Survey da National Science Foundation e o Observatório Vera C. Rubin do Departamento de Energia descubram mais fluxos estelares da Via Láctea. Uma quantidade mais rica de dados observacionais pode ajudar os astrônomos a classificar diferentes estruturas em fluxos estelares e a procurar "impressões digitais" relacionadas com mais segurança à matéria escura.
James Davenport, professor assistente pesquisador de astronomia na Universidade de Washington, destacou que não existe uma maneira simples e direta de revelar a estrutura da matéria escura. Embora os fluxos estelares sejam sistemas complexos, ainda são uma das formas mais valiosas de estudar a matéria escura perto do sistema solar.
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