Aglomerados de galáxias revelam novas perspectivas sobre o comportamento e influência da Matéria Escura na Cosmologia

Esta imagem do Telescópio Espacial Hubble mostra a região interna de Abell 1689, um enorme aglomerado de galáxias. Os cientistas dizem que os aglomerados de galáxias que vemos hoje resultaram de flutuações na densidade da matéria no início do Universo. Créditos: NASA/ESA/JPL-Caltech/Yale/CNRS

A matéria escura é um fenômeno cósmico misterioso que responde por cerca de 27% de toda a matéria e energia do Universo. Embora a matéria escura esteja sempre à nossa volta, não a podemos ver ou sentir, pois não interage com a força eletromagnética, apenas com a gravidade. Contudo, os astrofísicos conseguem deduzir a presença da matéria escura observando como a matéria bariônica convencional se comporta em volta dela.

Os aglomerados de galáxias, agrupamentos que contêm milhares de galáxias, são importantes para explorarmos a matéria escura porque residem em uma região do espaço onde a matéria escura é mais densa do que a média. Os cientistas pensam que quanto mais massivo é o aglomerado, mais matéria hospeda no seu ambiente. No entanto, uma nova pesquisa sugere que a ligação é mais complicada do que isso.

Hironao Miyatake, membro do JPL da NASA em Pasadena, Califórnia, EUA, explicou:

Os aglomerados de galáxias são como as grandes cidades do nosso Universo. Da mesma forma que podemos olhar para as luzes de uma cidade à noite, a partir de um avião, e inferir o seu tamanho, estes aglomerados nos dão uma ideia da distribuição da matéria escura a qual não podemos ver.

Novo estudo publicado na Physical Review Letters, liderado por Miyatake, sugere que a estrutura interna de um aglomerado de galáxias está ligada ao ambiente de matéria escura ao seu redor. Esta é a primeira vez que uma propriedade física, além da massa do aglomerado, é demonstrada possuir associação com a matéria escura.

Esta comparação de aglomerados de galáxias do catálogo SDSS DR8 mostra um aglomerado disperso (à esquerda) e um aglomerado mais densamente agrupado (à direita). Um novo estudo mostra que estas diferenças estão relacionadas com o ambiente de matéria escura ao redor. Crédito: SDSS (Sloan Digital Sky Survey)

Os pesquisadores estudaram aproximadamente 9.000 aglomerados de galáxias inclusas no catálogo DR8 do SDSS (Sloan Digital Sky Survey) e dividiram-nos em dois grupos conforme suas estruturas internas:

1. Um grupo no qual as galáxias individuais dentro dos aglomerados estavam mais espalhadas;
2. Um segundo grupo no qual estavam agrupadas mais intimamente.

Os cientistas usaram a técnica das lentes gravitacionais, observando como a gravidade dos aglomerados curva a luz de outros objetos, para confirmar que ambos os grupos tinham massas similares.

Mas, quando os cientistas compararam os dois grupos, encontraram uma diferença importante na distribuição dos aglomerados de galáxias. Normalmente, os aglomerados de galáxias estão separados dos outros, em média, por 100 milhões de anos-luz. Entretanto, para o grupo de aglomerados com galáxias mais próximas umas das outras, havia menos aglomerados vizinhos a esta distância do que no grupo com aglomerados mais dispersos. Por outras palavras, o ambiente de matéria escura em seu redor determina quão agrupado é o aglomerado de galáxias.

Hironao Miyatake esclareceu:

A diferença é o resultado dos diferentes ambientes de matéria escura em que os grupos de aglomerados se formam. Os nossos resultados indicam que a conexão entre um aglomerado de galáxias e a matéria escura ao redor não se caracteriza apenas pela massa do aglomerado, mas também pela sua história de formação.

David Spergel, coautor do estudo e professor de astronomia na Universidade de Princeton em Nova Jersey, EUA, adicionou:

Prévios estudos observacionais haviam mostrado que a massa dos aglomerados é o fator mais importante na determinação das suas propriedades globais. O nosso trabalho mostra que a ‘idade também conta’, ou seja, os aglomerados mais jovens vivem em ambientes diferentes de matéria escura em grande escala do que os aglomerados mais antigos.

Os resultados estão alinhados com as previsões da teoria principal sobre as origens do nosso Universo. Depois de um evento chamado inflação cósmica, um período de menos de um bilionésimo de segundo após o Big Bang, existiram pequenas mudanças na energia do espaço denominadas de “flutuações quânticas”. Estas alterações, subsequentemente, desencadearam uma distribuição não uniforme da matéria. Os cientistas dizem que os aglomerados de galáxias que vemos hoje resultaram de flutuações na densidade da matéria no Universo primordial.

Hironao Miyatake comentou:

A ligação entre a estrutura interna dos aglomerados de galáxias e a distribuição da matéria escura ao redor é uma consequência da natureza das flutuações de densidade iniciais estabelecidas antes do Universo ter sequer um segundo de idade.

Os pesquisadores vão continuar a explorar essas conexões.

Hironao Miyatake concluiu:

Os aglomerados de galáxias são janelas notáveis abertas sobre os mistérios do Universo. Estudando-os, podemos aprender mais sobre a evolução da estrutura em larga escala do Universo e sobre a sua história inicial, assim como a da matéria escura e a da energia escura.

Fonte

NASA: Galaxy Clusters Reveal New Dark Matter Insights

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