Astrônomos, usando dados da NASA e dos telescópios da ESA (Agência Espacial Européia), lançaram um novo mapa do céu da região mais externa de nossa galáxia. Conhecido como halo galáctico, esta área fica fora dos braços espirais que formam o disco central reconhecível da Via Láctea e é esparsamente povoada por estrelas. Embora o halo possa parecer quase vazio, também está previsto conter um reservatório 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 vêm da missão Gaia da ESA e do Explorador de pesquisa infravermelho de campo amplo de objetos próximos à 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 em Natureza , faz uso de dados coletados pela espaçonave entre 2009 e 2018.

O novo mapa revela como uma pequena galáxia chamada Grande Nuvem de Magalhães (LMC) - assim chamada por ser 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. O LMC está localizado a cerca de 160, 000 anos-luz da Terra, e tem menos de um quarto da massa da Via Láctea. Embora as partes 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 o velório é encontrado - cerca de 200, 000 anos-luz a 325, 000 anos-luz do centro galáctico. 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.

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, refletir, ou absorver luz, a influência gravitacional da matéria escura foi observada em todo o universo. Acredita-se que ele crie um andaime sobre o qual as galáxias são construídas, tal que sem ele, galáxias se separariam conforme 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, das estrelas aos planetas e às nuvens de gás.

Embora existam várias teorias sobre a natureza da matéria escura, todos eles indicam que deveria estar presente no halo da Via Láctea. Se for esse o caso, então, enquanto o LMC navega por esta região, deve deixar um rastro na matéria escura também. A esteira observada no novo mapa estelar é considerada o contorno desta esteira de matéria escura; as estrelas são como folhas na superfície deste oceano invisível, sua posição mudando com a matéria escura.

A interação entre a matéria escura e a Grande Nuvem de Magalhães tem grandes implicações para nossa galáxia. Como o LMC orbita a Via Láctea, a gravidade da matéria escura se arrasta no LMC e o retarda. Isso fará com que a órbita da galáxia anã fique cada vez menor, até que a galáxia finalmente colida com a Via Láctea em cerca de 2 bilhões de anos. Esses tipos de fusões podem ser os principais impulsionadores do crescimento de galáxias massivas em todo o universo. Na verdade, astrônomos acham que a Via Láctea se fundiu com outra pequena galáxia há cerca de 10 bilhões de anos.

"Este roubo de energia de uma galáxia menor não é apenas o motivo pelo qual o LMC está se fundindo com a Via Láctea, mas também por que todas as fusões de galáxias acontecem, "disse Rohan Naidu, um estudante de graduação em astronomia na Universidade de Harvard e um co-autor do novo artigo. "O rastro em nosso mapa é uma confirmação realmente clara de que nossa imagem básica de como as galáxias se fundem está correta!"

Uma oportunidade rara

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 normal, e quais são as propriedades dessas partículas.

"Você pode imaginar que a esteira atrás de um barco será diferente se o barco estiver navegando pela água ou pelo mel, "disse o co-autor do estudo Charlie Conroy, professor da Universidade de Harvard e astrônomo do Center for Astrophysics. "Nesse 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 é impossível descobrir se uma estrela está fraca e próxima ou brilhante e distante. A equipa utilizou dados da missão Gaia da ESA, que fornece a localização de muitas estrelas no céu, mas não pode medir distâncias às 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 no LMC), a equipe procurou por 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 à equipe descobrir sua distância da Terra e criar o novo mapa. Ele mapeia uma região começando com cerca de 200, 000 anos-luz do centro da Via Láctea, ou sobre onde o velório do LMC estava previsto para começar, 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 astrofísicos da Universidade do Arizona em Tucson que fazem modelos de computador que prevêem como deve ser a matéria escura no halo galáctico. Os dois grupos trabalharam juntos no novo estudo. Um dos modelos da equipe do Arizona, que está no novo estudo, previu a estrutura geral e a localização específica da esteira estelar revelada no novo mapa. Uma vez que os dados confirmaram que o modelo estava correto, a equipe foi capaz de confirmar o que outras investigações também sugeriram:que o LMC está provavelmente em sua primeira órbita ao redor da Via Láctea. Se a galáxia menor já tivesse feito órbitas múltiplas, 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 Láctea e outra galáxia próxima, M31, e estava em uma longa primeira órbita em torno de nossa galáxia (cerca de 13 bilhões de anos). Sua próxima órbita será muito mais curta devido à sua interação com a Via Láctea.

"A confirmação de nossa previsão teórica com dados observacionais nos diz que nossa compreensão da interação entre essas duas galáxias, incluindo a matéria escura, está no caminho certo, disse o doutorando em astronomia da Universidade do Arizona Nicolás Garavito-Camargo, que liderou o trabalho no modelo usado no jornal.

O novo mapa também oferece aos astrônomos uma rara oportunidade de testar as propriedades da matéria escura (a água nocional ou mel) em nossa própria galáxia. No novo estudo, Garavito-Camargo e seus 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 está executando simulações que usam diferentes teorias de matéria escura, para ver qual combina melhor com a esteira observada 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, um co-autor do estudo e um professor associado da Universidade do Arizona. "Mas só podemos realizar esse teste com a combinação deste novo mapa e as simulações de matéria escura que construímos."