Luz intracluster em Abell S1063 e a matéria escura

maio 04, 2023

Luz intracluster em Abell S1063 e a matéria escura

"Astrônomos usando dados do Telescópio Espacial Hubbel da NASA/ESA empregaram um método revolucionário para detectar matéria escura em aglomerados de galáxias. Este método permite aos astrônomos "ver" a distribuição da matéria escura com mais precisão do que qualquer outro método usado até o momento e pode ser usado par explorar a natureza final da matéria escura."

O aglomerado de galáxias Abell S1063(na imagem acima), foi observado pelo Telescópio Espacial Hubbel da NASA/ESA como parte do programa Frontier Fields. A enorme massa do aglomerado – contendo tanto matéria bariônica quanto matéria escura – atua como um vidro de ampliação cósmica e deforma os objetos atrás dele. No passado, os astrônomos usaram esse efeito de lente gravitacional para calcular a distribuição da matéria escura em aglomerados de galáxias. No entanto, uma maneira mais precisa e rápid é estudar a luz intraaglomerado (visível em azul), que segue a distribuição da matéria escura. Crédito: NASA, ESA e M. Montes (Universidade de New South Wales, Sydney, Austrália)

Nas últimas décadas, os astrônomos tentaram entender a verdadeira natureza da substância misteriosa que compõe a maior parte da matéria do Universo – a matéria escura – e mapear sua distribuição no Universo. Agora, dois astrônomos da Austrália e da Espanha usaram dados do programa Frontier Fields do Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA para estudar com precisão a distribuição da matéria escura.

“Encontramos uma maneira de 'ver' a matéria escura”, explica Mireia Montes (Universidade de New South Wales, Austrália), principal autora do estudo. “Descobrimos que uma luz muito fraca em aglomerados de galáxias, a luz intraaglomerado, mapeia como a matéria escura é distribuída.”

A luz intraaglomerado é um subproduto das interações entre galáxias. No decorrer dessas interações, estrelas individuais são arrancadas de suas galáxias e flutuam livremente dentro do aglomerado. Uma vez livres de suas galáxias, eles acabam onde reside a maior parte da massa do aglomerado, principalmente matéria escura.

“Essas estrelas têm uma distribuição idêntica à da matéria escura, até onde nossa tecnologia atual permite estudar”, explicou Montes. Tanto a matéria escura quanto essas estrelas isoladas – que formam a luz intraaglomerado – atuam como componentes sem colisão. Estes seguem o potencial gravitacional do próprio aglomerado. O estudo mostrou que a luz intraaglomerado está alinhada com a matéria escura, traçando sua distribuição com mais precisão do que qualquer outro método baseado em rastreadores luminosos usados até agora.

Este método também é mais eficiente do que o método mais complexo de usar lentes gravitacionais. Embora o último exija uma reconstrução de lente precisa e campanhas espectroscópicas demoradas, o método apresentado por Montes utiliza apenas imagens profundas. Isso significa que mais clusters podem ser estudados com o novo método na mesma quantidade de tempo de observação.

Os resultados do estudo introduzem a possibilidade de explorar a natureza última da matéria escura. “Se a matéria escura é auto-interativa, poderíamos detectar isso como pequenas diferenças na distribuição da matéria escura em comparação com esse brilho estelar muito fraco”, destaca Ignacio Trujillo (Instituto de Astrofísica de Canárias, Espanha), coautor do estudo.

Atualmente, tudo o que se sabe sobre a matéria escura é que ela parece interagir gravitacionalmente com a matéria regular, mas não de outra forma. Descobrir que ele interage colocaria restrições significativas em sua identidade.

Por enquanto, Montes e Trujillo planejam pesquisar mais dos seis aglomerados originais para ver se seu método permanece preciso. Outro teste importante de seu método será a observação e análise de aglomerados de galáxias adicionais por outras equipes de pesquisa, para adicionar ao conjunto de dados e confirmar suas descobertas.

A equipe também pode esperar a aplicação das mesmas técnicas usando futuros telescópios espaciais, como o Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA , que terá instrumentos ainda mais sensíveis capazes de resolver luz fraca intraaglomerado no Universo distante. “Existem possibilidades empolgantes que poderemos explorar nos próximos anos, estudando centenas de aglomerados de galáxias”, conclui Ignacio Trujillo.

Notas

1. A matéria escura compõe cerca de 85% da matéria do Universo e cerca de um quarto de sua densidade total de energia. A matéria escura não emite nenhum tipo de radiação eletromagnética – sua presença só pode ser determinada por efeitos gravitacionais.

2. O programa Hubble Frontier Fields foi uma iniciativa de imagens profundas projetada para utilizar os fortes efeitos de lente gravitacional em aglomerados de galáxias para ver galáxias extremamente distantes e, assim, obter informações sobre o início do Universo e a evolução das galáxias dequela época. O programa observou seis aglomerados de galáxias em 630 horas do tempo do Hubble. Para receber os novos resultados aqui apresentados, os dados foram usados de maneira diferente, sem o uso de lentes gravitacionai

Fonte: ESA/Hubble & NASA (artigo original) Crédito da imagem: NASA, ESA, J. Lotz (STScI) e a equipe HST Frontier Fields (STScI), M. Montes & I. Trujillo https://esahubble.org/news/heic1820/ https://esahubble.org/images/heic1820a/

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