Cientistas da Universidade Estadual do Arizona, nos EUA, e do Centro Internacional de Física de Donostia, na Espanha, publicaram um estudo na revista Nature Astronomy que propõe uma nova abordagem para compreender a enigmática matéria escura.
A pesquisa sugere que a influência gravitacional dessa substância invisível pode ser a causa de galáxias jovens apresentarem formatos inesperadamente alongados, uma característica peculiar que o Telescópio Espacial James Webb (JWST), da NASA, tem observado em seu rastreamento do Universo primordial.
Investigar essas formas, segundo os pesquisadores, pode ser o caminho para finalmente identificar qual das diversas partículas hipotéticas melhor explica a existência da matéria escura, que corresponde a cerca de 85% de toda a matéria do cosmos – e em torno de 27% de sua composição total.
James Webb e a Matéria Escura:
- A matéria escura, invisível e indetectável diretamente, só pode ser inferida por sua influência gravitacional.
- O JWST tem revelado a existência de galáxias primitivas com formas alongadas, desafiando modelos cosmológicos tradicionais.
- Novas simulações indicam que essas morfologias peculiares podem ser explicadas por tipos específicos de matéria escura.
- Partículas axion ultraleves ou neutrinos estéreis, em cenários de matéria escura “ondulatória” ou “quente”, são candidatos promissores.
- O formato das galáxias serve como um “fóssil” cósmico, revelando as propriedades da matéria escura em suas origens.
Como galáxias alongadas apontam para a resposta
Desde que começou suas observações científicas, em 2022, o JWST tem revolucionado nossa compreensão do início do Universo. No entanto, a matéria escura ainda permanece um mistério intocável. Sua natureza indetectável – por não interagir com a luz ou fazer isso de forma tão fraca que escapa aos nossos instrumentos – torna sua investigação um desafio imenso.
Sabemos que ela não é composta pelos prótons, nêutrons e elétrons que formam toda a matéria comum que vemos ao nosso redor, das estrelas aos seres vivos, o que impulsiona a busca por uma partícula completamente nova.
A única forma de os cientistas detectarem a matéria escura é observando os efeitos de sua monstruosa força gravitacional sobre o espaço e a matéria visível – e é exatamente essa abordagem que o novo estudo explora. O modelo cosmológico mais aceito, conhecido como Lambda de Matéria Escura Fria (LCDM), pressupõe que a matéria escura seja “fria” (um termo que se refere à baixa velocidade de suas partículas, não à temperatura). Simulações baseadas nesse modelo geralmente resultam em galáxias predominantemente esféricas, semelhantes às que observamos no universo moderno.
No entanto, as observações do JWST têm revelado um número crescente de galáxias filamentosas e alongadas nos estágios mais primitivos do Universo, formas que não são facilmente reproduzidas pelas simulações padrão. Essa discrepância motivou Rogier Windhorst, professor e líder da equipe de pesquisa na Universidade Estadual do Arizona, a investigar outros cenários.
“No Universo em expansão, definido pela teoria da relatividade geral de Einstein, as galáxias crescem ao longo do tempo a partir de pequenos aglomerados de matéria escura que formam os primeiros aglomerados estelares e se unem em galáxias maiores por meio de sua gravidade coletiva”, explicou ele em um comunicado, complementando que “o JWST sugere que as galáxias mais antigas podem estar imersas em estruturas filamentosas marcantes que – ao contrário da matéria escura e fria – unem suavemente as regiões de formação estelar, de forma mais semelhante ao que se espera se a matéria escura for uma partícula ultraleve que também apresenta comportamento quântico.”
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Equipe simulou diferentes tipos de matéria escura
A equipe de Windhorst analisou simulações que incluíam diferentes tipos de matéria escura. Os resultados foram surpreendentes: o comportamento ondulatório de uma “matéria escura difusa” ou de partículas axion ultraleves conseguiu explicar a morfologia alongada das galáxias primordiais observadas pelo JWST.
Álvaro Pozo, líder da equipe do Centro Internacional de Física de Donostia, detalhou: “Se partículas axion ultraleves compõem a matéria escura, seu comportamento ondulatório quântico impediria a formação de escalas físicas menores que alguns anos-luz por um tempo, contribuindo para o comportamento filamentar suave que o JWST observa atualmente a distâncias muito grandes.”
Além disso, a modelagem também indicou que partículas de “matéria escura quente” – como neutrinos estéreis, que se movem mais rapidamente – poderiam igualmente dar origem a galáxias filamentosas no Universo primordial. Em ambos os cenários, seja de matéria escura ondulatória ou quente, a chave reside na formação de filamentos mais suaves do que os previstos pela matéria escura fria. É ao longo desses filamentos mais sutis que o gás e as estrelas fluem lentamente, culminando na formação das galáxias alongadas que o JWST agora nos permite ver.
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