Fios brilhantes de estrelas ao redor da Via Láctea podem conter respostas para uma de nossas maiores questões sobre o universo:o que é matéria escura? Com imagens tiradas através de seis filtros de cores diferentes montados na maior câmera já construída para astronomia e astrofísica, o próximo Legacy Survey of Space and Time do Observatório Vera C. Rubin revelará fluxos estelares nunca antes vistos ao redor da Via Láctea - e os efeitos reveladores de suas interações com a matéria escura.



Tão fascinantes quanto os rios que brilham à luz do sol, os fluxos estelares traçam arcos cintilantes através e ao redor da nossa galáxia natal – a Via Láctea. Os fluxos estelares são compostos por estrelas que estavam originalmente ligadas a aglomerados globulares ou galáxias anãs, mas que foram interrompidas por interações gravitacionais com a nossa galáxia e atraídas em longas linhas de fuga.

Estes rastos delgados de estrelas mostram frequentemente sinais de perturbação e os cientistas suspeitam que, em muitos casos, a culpa é da matéria escura. O Observatório Vera C. Rubin fornecerá em breve uma riqueza de dados para iluminar fluxos estelares, matéria escura e suas interações complexas.

A matéria escura representa 27% do universo, mas não pode ser observada diretamente e os cientistas atualmente não sabem exatamente o que é. Para saber mais, eles usam uma variedade de métodos indiretos para investigar sua natureza. Alguns métodos, como lentes gravitacionais fracas, mapeiam a distribuição da matéria escura em grandes escalas em todo o universo. A observação de fluxos estelares permite aos cientistas sondar um aspecto diferente da matéria escura porque mostram a impressão digital dos efeitos gravitacionais da matéria escura em pequenas escalas.

O Observatório Vera C. Rubin, localizado no Chile, usará um telescópio de 8,4 metros equipado com a maior câmera digital do mundo para realizar um levantamento de 10 anos de todo o céu do hemisfério sul, começando no final de 2025. Os dados resultantes, com imagens através de seis filtros de cores diferentes, tornará mais fácil do que nunca para os cientistas isolar correntes estelares entre e além da Via Láctea e examiná-las em busca de sinais de perturbação da matéria escura.

"Estou muito entusiasmada com a utilização de fluxos estelares para aprender sobre a matéria escura," disse Nora Shipp, pós-doutoranda na Carnegie Mellon University e co-organizadora do Dark Matter Working Group no Rubin Observatory/LSST Dark Energy Science Collaboration. "Com o Observatório Rubin, seremos capazes de usar fluxos estelares para descobrir como a matéria escura está distribuída na nossa galáxia, desde as escalas maiores até às escalas muito pequenas."

O Observatório Rubin iniciará as operações científicas no final de 2025. O Observatório Rubin é um programa da NSF NOIRLab, que, juntamente com o SLAC National Accelerator Laboratory, operará conjuntamente o Rubin.

As evidências sugerem que um halo esférico de matéria escura rodeia a Via Láctea, composto por aglomerados menores de matéria escura. Estes aglomerados interagem com outras estruturas, perturbando a sua dinâmica gravitacional e alterando a sua aparência observada. No caso de fluxos estelares, os resultados das interações da matéria escura aparecem como dobras ou lacunas nas trilhas estelares.

As imagens incrivelmente detalhadas do Observatório Rubin permitirão aos cientistas identificar e examinar irregularidades muito sutis em fluxos estelares e, assim, inferir as propriedades dos aglomerados de matéria escura de baixa massa que os causaram - até mesmo restringindo os tipos de partículas de que esses aglomerados são feitos. .

"Ao observar fluxos estelares, seremos capazes de fazer medições indiretas dos aglomerados de matéria escura da Via Láctea até massas mais baixas do que nunca, dando-nos restrições realmente boas sobre as propriedades das partículas da matéria escura," disse Shipp.

As correntes estelares nas regiões exteriores da Via Láctea são especialmente boas candidatas para observar os efeitos da matéria escura porque é menos provável que tenham sido afetadas por interações com outras partes da Via Láctea, o que pode confundir a imagem. O Observatório Rubin será capaz de detectar fluxos estelares a uma distância cerca de cinco vezes maior do que podemos ver agora, permitindo aos cientistas descobrir e observar uma população inteiramente nova de fluxos estelares nas regiões exteriores da Via Láctea.

Os fluxos estelares são difíceis de distinguir das muitas outras estrelas da Via Láctea. Para isolar fluxos estelares, os cientistas procuram estrelas com propriedades específicas que indiquem que provavelmente pertenceram a aglomerados globulares ou galáxias anãs. Eles então analisam o movimento ou outras propriedades dessas estrelas para identificar aquelas que estão conectadas como um fluxo.

“Os fluxos estelares são como colares de pérolas, cujas estrelas traçam o caminho da órbita do sistema e têm uma história comum”, disse Jaclyn Jensen, Ph.D. candidata na Universidade de Victoria que planeia usar dados Rubin/LSST para a sua investigação sobre os progenitores de correntes estelares e o seu papel na formação da Via Láctea.

"Usando as propriedades dessas estrelas, podemos determinar informações sobre suas origens e que tipo de interações o fluxo pode ter experimentado. Se encontrarmos um colar de pérolas com algumas pérolas espalhadas por perto, podemos deduzir que algo pode ter surgido e quebrado o corda."

A câmera LSST de 3.200 megapixels do Observatório Rubin está equipada com seis filtros de cores – incluindo, notavelmente, para cientistas de fluxos estelares como Shipp e Jensen, um filtro ultravioleta. O filtro ultravioleta de Rubin fornecerá informações críticas sobre a extremidade azul-ultravioleta do espectro de luz que permitirá aos cientistas distinguir as diferenças subtis e desembaraçar as estrelas num fluxo de estrelas semelhantes na Via Láctea.

No geral, Rubin fornecerá aos cientistas milhares de imagens profundas obtidas através de todos os seis filtros, dando-lhes uma visão mais clara dos fluxos estelares do que nunca.

A avalanche de dados que Rubin fornecerá também inspirará novas ferramentas e métodos para isolar fluxos estelares. Como observa Shipp:"No momento, é um processo trabalhoso identificar fluxos potenciais a olho nu - o grande volume de dados de Rubin apresenta uma excelente oportunidade para pensar em maneiras novas e mais automatizadas de identificar fluxos."

Fornecido pela National Science Foundation