Um estudo publicado recentemente na revista. Astronomia da Natureza e que questiona os modelos actuais de formação de estruturas no universo se baseia em dados obtidos com o Gran Telescopio Canarias e entre os seus autores está uma equipa de investigadores do Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC).

A estrutura do universo pode ser comparada à de uma esponja, frequentemente chamada de teia cósmica. A matéria está concentrada ao longo de filamentos que se cruzam, formando zonas onde a maior parte da matéria se acumula, e outros onde há muito pouco. Nos pontos mais densos, galáxias se agrupam, formando aglomerados. Esses sistemas, que pode conter milhares de galáxias, são as estruturas mais massivas do universo.

O estudo da teia cósmica é um dos desafios atuais da astrofísica. As propriedades dos principais componentes da matéria nessas escalas não são bem conhecidas, portanto, usamos termos como "matéria escura" e "energia escura". A primeira forma cerca de 20% da massa do universo e é o que mantém as estruturas ligadas por sua própria gravidade - age um pouco como cola. O segundo, por outro lado, compõe 75 por cento do universo e está relacionado à maneira como o universo se expande. A questão "normal", as galáxias com suas estrelas, gás, e poeira, representam apenas 5 por cento da massa do universo, mas eles desempenham um papel importante no rastreamento das forças e propriedades da matéria escura e energias escuras.

Uma equipe internacional liderada por Mauro Sereno da Universidade de Bolonha (Itália), com a participação do IAC e do Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA), localizou um dos mais densos aglomerados de galáxias do universo. O estudo analisa, pela primeira vez, as zonas externas do aglomerado de galáxias PSZ2 G099.86 + 58,45 em um raio de 90 milhões de anos-luz, uma região em que a distribuição da matéria não era conhecida anteriormente, nem se o material nessas zonas está unido pela gravidade do aglomerado.

O ambiente dos aglomerados de galáxias inclui outras estruturas, como os filamentos e outros aglomerados vizinhos, e o material que está caindo em direção ao aglomerado central mais massivo. "Este estudo mostra que a densidade da matéria em torno do aglomerado que estudamos é até seis vezes maior do que o esperado, "diz Mauro Sereno, o investigador principal. Além disso, os pesquisadores descobriram que os mecanismos que agregam massa podem dar origem a densidades muito altas, mesmo a grandes distâncias desses aglomerados de galáxias.

O trabalho é baseado no efeito de "lentes gravitacionais", que acontece quando a massa de um aglomerado e seu material circundante dobram a luz de galáxias muito distantes, mudando as formas das imagens dessas galáxias de fundo. Quanto mais denso e concentrado for o corpo atuando como uma lente, maior é a deformação das galáxias de fundo. O estudo estatístico das deformações por mais de 150, 000 galáxias de fundo através do chamado efeito de "lente fraca" usando imagens profundas obtidas com o CFHT (Telescópio Canadá-França-Havaí) permitiram que a equipe encontrasse a distribuição, massa, e densidade em torno do cluster PSZ2 G099,86 + 58,45. Os resultados mostram que este cluster é uma exceção rara, o que não se ajusta bem aos modelos de formação de estruturas. Isso implica que deve haver mecanismos de agregação de matéria muito mais eficientes do que aqueles que conhecemos.

Embora os modelos dêem bons ajustes à densidade da matéria nas regiões internas dos aglomerados de galáxias a uma distância de 15 a 20 milhões de anos-luz, nas regiões externas, os modelos precisam de um componente adicional para ajustar os dados observados. “Este componente da massa é completamente desconhecido, e as simulações numéricas de aglomerados de galáxias não o prevêem, "explica Rafael Barrena, um pesquisador IAC, um dos autores do artigo publicado em Astronomia da Natureza . "Portanto, estamos diante de evidências observacionais de grandes quantidades de matéria onde não esperávamos encontrá-las."

O grupo IAC que participa desta publicação fez observações espectroscópicas de uma amostra de galáxias que fazem parte do cluster PSZ2 G099.86 + 58.45 usando o espectrógrafo multiobjeto OSIRIS no Gran Telescopio Canaris (GTC) no Observatório Roque de los Muchachos ( Garafía, La Palma). Ao medir as velocidades dos movimentos das galáxias no aglomerado, é possível medir sua massa total.

Como um problema prático, isso é equivalente a medir a massa do sol usando as velocidades dos planetas em suas órbitas. Usando este método, eles conseguiram medir a massa total do cluster. Os resultados confirmam que PSZ2 G099.86 + 58.45 é um sistema muito massivo, denso aglomerado de galáxias, e que os efeitos de seu campo gravitacional muito poderoso se estendem a distâncias muito distantes de seu centro, muito maior do que os modelos prevêem.

“Produzimos um estudo que abre as portas para uma região do universo ainda pouco explorada até agora, a fronteira entre aglomerados de galáxias, "diz a pesquisadora do IAC Alina Streblyanska, um dos autores do artigo. Esta é uma região que pode nos dar muitas informações quando estudamos esses sistemas, como eles se formaram, e como estes, as estruturas mais massivas do universo, evoluíram. Com este estudo, demos mais um pequeno passo para entender a matéria escura e como ela é distribuída na teia cósmica do universo, "conclui Antonio Ferragamo, Pesquisador do IAC.