Em dois estudos separados usando o próximo James Webb Space Telescope da NASA, uma equipe de astrônomos observará companheiros de galáxias anãs da Via Láctea e da galáxia de Andrômeda. O estudo desses pequenos companheiros ajudará os cientistas a aprender sobre a formação de galáxias e as propriedades da matéria escura, uma substância misteriosa considerada responsável por aproximadamente 85% da matéria no universo.

No primeiro estudo, a equipe vai ganhar conhecimento da matéria escura medindo os movimentos das estrelas em dois anões companheiros da Via Láctea. No segundo estudo, eles vão examinar os movimentos de quatro galáxias anãs em torno de nosso vizinho galáctico mais próximo, a galáxia de Andrômeda. Isso ajudará a determinar se algumas das galáxias satélites de Andrômeda orbitam dentro de um plano plano, como os planetas ao redor do nosso sol. Se eles fizerem, isso teria implicações importantes para a compreensão da formação de galáxias. O investigador principal de ambos os programas é Roeland van der Marel, do Space Telescope Science Institute (STScI) em Baltimore, Maryland.

Observando movimentos estelares em companheiros da galáxia anã da Via Láctea

As galáxias mais próximas de nossa Via Láctea são suas companheiras galáxias anãs, que são muito menores do que a Via Láctea. Van der Marel e sua equipe planejam estudar os movimentos das estrelas em duas dessas galáxias anãs, Draco e Escultor. As órbitas das estrelas são governadas pela gravidade que surge da matéria escura em cada galáxia. Ao estudar como as estrelas se movem, os pesquisadores poderão determinar como a matéria escura se distribui nessas galáxias.

"Como as estruturas do universo são formadas depende das propriedades da matéria escura que compreende a maior parte da massa do universo, "explicou van der Marel." Portanto, sabemos que há matéria escura, mas não sabemos o que realmente constitui essa matéria escura. Nós apenas sabemos que existe algo no universo que tem gravidade e atrai as coisas, mas não sabemos realmente o que é. "

A equipe vai estudar a distribuição da matéria escura nos centros das galáxias anãs para determinar as propriedades de temperatura deste fenômeno misterioso. Se a matéria escura é "fria, "sua densidade será muito alta perto dos centros das galáxias. Se a matéria escura for" quente, “será mais homogêneo em toda a área que se aproxima dos centros galácticos.

Ao mesmo tempo, a Near Infrared Camera (NIRCam) de Webb está estudando os centros de Draco e Escultor, outro instrumento, o sensor de imagem infravermelho próximo e o espectrógrafo sem fenda (NIRISS), estará sondando os arredores das galáxias anãs. "Essas observações simultâneas fornecerão alguns insights sobre como as estrelas se movem de maneira diferente perto do centro e nos arredores das galáxias anãs, "disse o co-investigador Tony Sohn do STScI." Eles também permitirão duas medidas independentes da mesma galáxia, para verificar quaisquer efeitos sistemáticos ou instrumentais. "

Como Webb tem aproximadamente seis vezes a área de coleta de luz do telescópio espacial Hubble da NASA, a equipe pode medir os movimentos de estrelas muito mais tênues do que o que o Hubble pode ver. Quanto mais estrelas forem incluídas em um estudo, mais precisamente a equipe pode modelar a matéria escura que influencia seus movimentos.

Estudando o movimento dos companheiros da galáxia anã para Andrômeda

A grande galáxia vizinha mais próxima de nossa Via Láctea, Andromeda tem numerosos companheiros de galáxias anãs, assim como a Via Láctea. Van der Marel e sua equipe planejam estudar como quatro dessas galáxias anãs estão se movendo em torno de Andrômeda, para determinar se eles estão agrupados em um plano plano no espaço, ou se eles estão se movendo ao redor de Andrômeda em todas as direções.

Ao contrário do primeiro programa de observação, a equipe não está tentando medir como as estrelas dentro das galáxias anãs se movem. Neste estudo, eles estão tentando determinar como as galáxias anãs como um todo se movem em torno de Andrômeda. Isso irá fornecer uma visão sobre o processo pelo qual grandes galáxias se formam por acréscimo e acúmulo de galáxias menores, e exatamente como isso funciona.

Na maioria dos modelos, Não se espera que galáxias anãs que cercam galáxias maiores fiquem em um plano. Tipicamente, os cientistas esperariam que as galáxias anãs voassem em torno de galáxias maiores de maneiras aleatórias. Lentamente, esses companheiros anões perderiam energia e seriam agregados à galáxia maior, que ficaria ainda maior.

Contudo, para a Via Láctea e Andrômeda, vários estudos sugeriram que pelo menos uma fração das galáxias anãs se encontram em um plano, e pode até estar girando nesse plano. Uma das maneiras de determinar se isso é verdade é medir seus movimentos tridimensionais. Se os movimentos estão realmente no avião, isso sugere que as galáxias anãs ficarão em um plano. Mas se os anões companheiros parecem estar em um avião, mas seus movimentos estão em todas as direções, isso indicaria um alinhamento casual e não uma estrutura duradoura.

Se as galáxias anãs se alinharem em um plano, isso pode significar uma de várias coisas. Pode ser que uma boa fração dos companheiros anões tenha caído em órbita ao redor de Andrômeda como um único grupo. Se fosse esse o caso, os anões reteriam a "memória" de que todos caíram juntos, e eles exibiriam propriedades dinâmicas semelhantes agora.

Outra possibilidade é que as galáxias anãs de Andrômeda se formaram como o que é chamado de "galáxias anãs de maré". Essas coleções gravitacionalmente ligadas de gás e estrelas se formam durante fusões ou interações entre grandes galáxias espirais. Eles são tão massivos quanto galáxias anãs, mas não são dominados por matéria escura, como os cientistas acreditam que a maioria das galáxias anãs ao nosso redor. É possível que uma fusão de duas grandes galáxias com muito gás possa formar algumas galáxias anãs que terminam em uma única estrutura plana, mas isso seria incomum, porque os cientistas não pensam que as galáxias anãs das marés são o tipo predominante de galáxias anãs no universo. As galáxias anãs são tipicamente conhecidas por se formarem dentro de nuvens de matéria escura chamadas halos.

Qualquer um dos casos pode significar que a formação da galáxia pode ser mais complicada do que os pesquisadores às vezes pensam. Qualquer um dos dois forneceria restrições adicionais aos cientistas que desenvolvem modelos teóricos de formação de galáxias.

Exatidão e precisão extremas de Webb

Em ambos os programas, a equipe levará Webb ao seu limite em termos de exatidão e precisão. "É uma situação muito complicada, porque basicamente o que queremos medir são movimentos muito pequenos, "explicou o co-investigador Andrea Bellini do STScI." A precisão que queremos alcançar é como medir algo que se move alguns centímetros por ano na superfície da Lua, visto da Terra. "

Ambos os estudos são programas de Observações de Tempo Garantido (GTO) alocados à equipe do Cientista Telescópico Webb, Matt Mountain. Ele também é presidente da Associação de Universidades para Pesquisa em Astronomia (AURA), com sede em Washington, D.C.

O Telescópio Espacial James Webb será o principal observatório de ciências espaciais do mundo quando for lançado em 2021. Webb resolverá mistérios em nosso sistema solar, olhe além, para mundos distantes ao redor de outras estrelas, e sondar as misteriosas estruturas e origens de nosso universo e nosso lugar nele. Webb é um programa internacional liderado pela NASA com seus parceiros, ESA (Agência Espacial Europeia) e Agência Espacial Canadiana.