Onde está a matéria em falta do Universo?



Através do observatório espacial XMM-Newton da ESA, os astrónomos sondaram os halos cheios de gás ao redor de galáxias, numa missão para encontrar material “desaparecido” que deveria residir lá, mas acabaram de mãos vazias – então, onde está?

Toda a matéria no Universo existe na forma de matéria “normal” ou na matéria escura notoriamente elusiva e invisível, com a última cerca de seis vezes mais prolífica.

Curiosamente, os cientistas que estudam galáxias próximas descobriram, nos últimos anos, que estas contêm três vezes menos matéria normal do que o esperado, com a nossa própria galáxia Via Láctea a conter menos da metade da quantidade esperada.

Isto tem sido um mistério há já muito tempo, e os cientistas empenharam muito esforço à procura dessa matéria em falta,” diz Jiangtao Li, da Universidade de Michigan, EUA, e principal autor de um novo artigo.

Porque é que não está nas galáxias – ou está lá, mas nós simplesmente não a conseguimos ver? Se não está lá, onde está? É importante resolver este enigma, pois é uma das partes mais incertas dos nossos modelos, tanto do Universo primitivo quanto de como as galáxias se formam.”

Em vez de estar dentro da massa principal da galáxia, a matéria pode ser observada opticamente, os pesquisadores pensaram que poderia estar numa região de gás quente que se estende mais para o espaço para formar o halo de uma galáxia.

Estes halos esféricos e quentes foram detectados antes, mas a região é tão fraca que é difícil observar em detalhe – a sua emissão de raios X pode perder-se e ser indistinguível da radiação de fundo. Frequentemente, os cientistas observam uma pequena distância nessa região e extrapolam as suas descobertas, mas isto pode resultar em resultados pouco claros e variados.

Jiangtao e os seus colegas queriam medir o gás quente a distâncias maiores, usando o observatório espacial XMM-Newton da ESA. Analisaram seis galáxias espirais semelhantes e combinaram os dados para criar uma galáxia com as suas propriedades médias.

Ao fazer isso, o sinal da galáxia torna-se mais forte e o fundo de raios-X comporta-se melhor,” acrescenta o co-autor Joel Bregman, também da Universidade de Michigan.

Fomos então capazes de ver a emissão de raios-X cerca de três vezes mais longe do que se observássemos uma única galáxia, o que tornou a nossa extrapolação mais precisa e confiável.”

Galáxias espirais maciças e isoladas oferecem a melhor oportunidade de procurar por matéria perdida. Estas são maciças o suficiente para aquecer o gás a temperaturas de milhões de graus, de modo que emitem raios-X, e evitam, em grande parte, a contaminação por outros materiais por meio da formação de estrelas ou de interacções com outras galáxias.

Ainda desaparecido

Os resultados da equipa mostraram que o halo em torno das galáxias, como as que foram observadas, não pode conter todo o material que falta, afinal. Apesar de extrapolar para quase 30 vezes o raio da Via Láctea, quase três quartos do material esperado ainda estava em falta.

Existem duas teorias alternativas principais sobre onde a matéria poderia estar: ou encontra-se armazenada noutra fase gasosa que é mal observada – talvez uma fase mais quente e mais ténue ou uma fase mais fria e mais densa – ou dentro de um trecho do espaço que não é coberto pelas nossas observações atuais, ou emite raios-X demasiado fracos para serem detectados.

De qualquer forma, uma vez que as galáxias não contêm material em falta suficiente, podem tê-lo ejectado para o espaço, talvez impulsionadas por injecções de energia de estrelas em explosão ou por buracos negros super-massivos.

Este trabalho é importante para ajudar a criar modelos de galáxias mais realistas e, por sua vez, ajudar-nos a entender melhor como a nossa própria galáxia se formou e evoluiu,” diz Norbert Schartel, cientista do projecto XMM-Newton da ESA. “Este tipo de descoberta simplesmente não é possível sem a incrível sensibilidade do XMM-Newton.”

No futuro, os cientistas poderão adicionar ainda mais galáxias às nossas amostras de estudo e utilizar o XMM-Newton em colaboração com outros observatórios de alta energia, como o futuro Telescópio Avançado da ESA para Astrofísica de Alta Energia, Athena, para sondar partes densas das bordas externas de uma galáxia, enquanto continuamos a desvendar o mistério da matéria desaparecida do Universo.”       

Baryon budget of the hot circumgalactic medium of massive spiral galaxies,” de J-T Li et al. (2018) encontra-se publicado no The Astrophysical Journal Letters. DOI: 10.3847/2041-8213/aab2af.

Notícia e imagem: ESA

Texto corrigido para Língua Portuguesa pré-AO90

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