Isolado por bilhões de anos, uma galáxia com mais matéria escura em seu núcleo do que o esperado foi identificada por astrônomos usando dados do Observatório de Raios-X Chandra da NASA.

A galáxia, conhecido como Markarian 1216 (abreviado como Mrk 1216), contém estrelas que estão dentro de 10% da idade do universo, ou seja, quase tão antigo quanto o próprio universo. Os cientistas descobriram que ele passou por uma evolução diferente das galáxias típicas, tanto em termos de suas estrelas quanto da matéria escura invisível que, através da gravidade, mantém a galáxia unida. A matéria escura é responsável por cerca de 85% da matéria do universo, embora só tenha sido detectado indiretamente.

Mrk 1216 pertence a uma família de galáxias de formato elíptico que são mais densamente repletas de estrelas em seus centros do que a maioria das outras galáxias. Os astrônomos acham que descendem do avermelhado, galáxias compactas chamadas "pepitas vermelhas" que se formaram cerca de um bilhão de anos após o big bang, mas então estagnou em seu crescimento há cerca de 10 bilhões de anos.

Se esta explicação estiver correta, então, a matéria escura em Marcos 1216 e seus primos galácticos também devem ser compactados. Para testar essa ideia pela primeira vez, dois astrônomos estudaram o brilho dos raios-X e a temperatura do gás quente a diferentes distâncias do centro de Mrk 1216, para que eles pudessem "pesar" quanta matéria escura existe no meio da galáxia.

"Quando comparamos os dados do Chandra com nossos modelos de computador, descobrimos que uma concentração muito mais forte de matéria escura era necessária do que encontramos em outras galáxias de massa total semelhante, "disse David Buote, da Universidade da Califórnia em Irvine." Isso nos diz que a história do Mrk 1216 é muito diferente da galáxia típica. Essencialmente, todas as suas estrelas e matéria escura foram montadas há muito tempo, com pouca adição nos últimos 10 bilhões de anos. "

De acordo com o novo estudo, um halo, ou esfera difusa, de matéria escura formada em torno do centro de Mrk 1216 cerca de 3 ou 4 bilhões de anos após o big bang. Espera-se que esse halo tenha se estendido por uma região maior do que as estrelas da galáxia. A formação dessa galáxia pepita vermelha era típica de uma ampla gama de galáxias elípticas vistas hoje. Contudo, ao contrário de Mrk 1216, a maioria das galáxias elípticas gigantes continuou a crescer gradualmente em tamanho quando galáxias menores se fundiram com elas ao longo do tempo cósmico.

"A idade avançada e a concentração densa das estrelas em galáxias elípticas compactas como Mrk 1216, vistas relativamente próximas, forneceram a primeira evidência de que são descendentes das pepitas vermelhas vistas a grandes distâncias, "disse o co-autor Aaron Barth, também da Universidade da Califórnia em Irvine. "Achamos que o tamanho compacto do halo de matéria escura visto aqui conclui o caso."

Anteriormente, astrônomos estimaram que o buraco negro supermassivo em Mrk 1216 é mais massivo do que o esperado para uma galáxia de sua massa. Este estudo mais recente, Contudo, concluiu que o buraco negro provavelmente pesa menos de cerca de 4 bilhões de vezes a massa do Sol. Isso parece ser muito, mas pode não ser incomumente massivo para uma galáxia tão grande como Mrk 1216.

Os autores também procuraram sinais de explosões do buraco negro supermassivo no centro da galáxia. Eles viram indícios de cavidades no gás quente semelhantes às observadas em outras galáxias massivas e aglomerados de galáxias como Perseus, mas são necessários mais dados para confirmar sua presença.

Os dados Mrk 1216 também fornecem informações úteis sobre a matéria escura. Porque a matéria escura nunca foi observada diretamente, alguns cientistas questionam se realmente existe. No estudo, Buote e Barth interpretaram os dados do Chandra usando ambos os padrões, Modelos de gravidade "newtonianos" e uma teoria alternativa conhecida como dinâmica newtoniana modificada, ou "MOND" projetado para remover a necessidade de matéria escura em galáxias típicas. Os resultados mostraram que ambas as teorias da gravidade exigiam aproximadamente a mesma quantidade extraordinária de matéria escura no centro de Mrk 1216, efetivamente removendo a necessidade da explicação MOND.

"No futuro, esperamos dar um passo adiante e estudar a natureza da matéria escura, "disse Buote." O denso acúmulo de matéria escura no meio do Mrk 1216 pode fornecer um teste interessante para teorias não padronizadas que prevêem matéria escura menos centralmente concentrada, como para partículas de matéria escura que interagem umas com as outras por um meio adicional diferente da gravidade. "

Um artigo descrevendo esses resultados apareceu em 1º de junho, Edição de 2019 da Astrophysical Journal .