Introdução
Em 2016, astrônomos liderados por Pieter van Dokkum da Universidade de Yale publicou um papel bomba alegando a descoberta de uma galáxia tão fraca, mas tão ampla e pesada, que deve ser quase inteiramente invisível. Eles estimaram que a galáxia, apelidada de Dragonfly 44, é 99.99% de matéria escura.
Seguiu-se um debate acalorado sobre as propriedades do Dragonfly 44 que permanece sem solução. Enquanto isso, mais de 1,000 galáxias igualmente grandes, mas fracas, apareceram.
Dragonfly 44 e seus semelhantes são conhecidos como galáxias ultra-difusas (UDGs). Embora possam ser tão grandes quanto as maiores galáxias comuns, as UDGs são excepcionalmente fracas – tão fracas que, em pesquisas de telescópio do céu, “é uma tarefa filtrar o ruído sem filtrar acidentalmente essas galáxias”, disse Paul Bennet, um astrônomo do Space Telescope Science Institute em Baltimore. O brilhante gás formador de estrelas que é abundante em outras galáxias parece ter desaparecido em UDGs, deixando apenas um esqueleto de estrelas mais velhas.
Sua existência causou um rebuliço na teoria da evolução galáctica, que não conseguiu prevê-los. “Eles não apareceram em simulações”, disse van Dokkum. “Você tem que fazer algo especial para fazer uma galáxia tão grande e fraca.”
Novas teorias surgiram para explicar como o Dragonfly 44 e outros UDGs surgiram. E essas manchas gigantes de luz podem estar fornecendo novas evidências da mão invisível da matéria escura.
Muita Matéria Escura
À medida que a gravidade une aglomerados de gás e estrelas, suas energias e momentos combinados fazem com que o mashup infle e gire. Eventualmente, uma galáxia emerge.
Há apenas um problema. À medida que as galáxias giram, elas devem se separar. Eles não parecem ter massa suficiente – e, portanto, gravidade – para ficarem juntos. O conceito de matéria escura foi inventado para fornecer a gravidade que faltava. Nesta imagem, uma galáxia fica dentro de um conglomerado maior de partículas não luminosas. Este “halo” de matéria escura mantém a galáxia giratória unida.
Uma maneira de estimar a velocidade de rotação de uma galáxia e, portanto, seu conteúdo de matéria escura, é contar seus aglomerados esféricos de estrelas. “Não sabemos por que, do ponto de vista teórico”, disse Bennet, mas o número desses “aglomerados globulares” se correlaciona intimamente com essas propriedades mais difíceis de medir. No artigo de 2016, van Dokkum contou 94 aglomerados globulares dentro da Dragonfly 44 – um número que implicava um halo de matéria escura extraordinariamente grande, apesar da pouca matéria visível que a galáxia tem.
Ninguém nunca tinha visto nada parecido. Van Dokkum e co-autores sugeriram que Dragonfly 44 poderia ser uma “Via Láctea fracassada”: uma galáxia com um halo de matéria escura do tamanho da Via Láctea que passou por um evento misterioso no início que roubou seu gás formador de estrelas, deixando-o com nada além de estrelas envelhecidas e uma auréola gigante.
Ou Nenhuma Matéria Escura
O objeto atraiu o interesse de outro grupo de astrônomos que argumentam que a matéria escura não existe. Esses pesquisadores explicam a falta de gravidade das galáxias ajustando a lei da gravidade de Newton, uma abordagem chamada dinâmica newtoniana modificada, ou MOND.
De acordo com o MOND, a força gravitacional modificada para cada galáxia é calculada a partir da relação massa-luz de suas estrelas – sua massa total dividida por sua luminosidade. Os teóricos do MOND não especulam por que a força dependeria dessa proporção, mas sua fórmula ad hoc corresponde às velocidades observadas da maioria das galáxias, sem a necessidade de invocar a matéria escura.
Quando surgiram notícias sobre Dragonfly 44, defensor do MOND Stacy McGaugh, um astrônomo da Case Western Reserve University, calculou a partir de sua relação massa-luz que deveria girar mais lentamente do que a estimativa inicial de van Dokkum indicava. O cálculo de MOND não parecia se encaixar nos dados.
Introdução
Mas então, em 2019, o grupo de van Dokkum rebaixou a velocidade de rotação do Dragonfly 44 usando dados aprimorados. MOND foi justificado. “Dragonfly 44 é um exemplo de como esses dados evoluem para concordar com o MOND”, disse McGaugh.
Ainda assim, para a maioria dos astrônomos, que acreditam na matéria escura, a velocidade de rotação mais lenta apenas implica que o halo de Dragonfly 44 é menor do que eles pensavam. Em 2020, um grupo independente reduziu ainda mais o halo contando dramaticamente menos aglomerados globulares, mas van Dokkum contesta este resultado. Embora o tamanho do halo permaneça incerto, pode ser menos massivo do que se supunha inicialmente, sugerindo que a Dragonfly 44 não é uma Via Láctea fracassada, afinal.
Grande Galáxia Velha
Uma estranheza recém-descoberta aumentou o mistério.
In um papel publicado em agosto, o grupo de van Dokkum descobriu que o Dragonfly 44 é extremamente antigo, tendo se formado entre 10 bilhões e 13 bilhões de anos atrás.
Mas uma galáxia tão antiga não deve ser tão grande quanto a Dragonfly 44. Objetos do universo primitivo tendem a ser mais compactos porque se formaram antes da rápida expansão do universo.
Além disso, uma galáxia tão velha e desgastada deveria ter sido completamente destruída agora. O fato de Dragonfly 44 se manter unido implica que, afinal, ele tem um forte halo de matéria escura – potencialmente restaurando a hipótese da “Via Láctea fracassada”. “Essa é uma explicação muito divertida, então é por isso que eu gosto, mas não sei se está certo”, disse van Dokkum.
Outra explicação, a hipótese do “high spin”, postula que duas pequenas galáxias se fundiram enquanto giravam na mesma direção, de modo que a galáxia resultante, Dragonfly 44, adquiriu o momento angular de ambas. Isso fez com que ele girasse mais rapidamente, soprando e soprando seu material de formação de estrelas.
UDGs incrivelmente diversos
Em meio ao escrutínio da Dragonfly 44, os astrônomos também catalogaram uma vasta e diversificada coleção de outras galáxias ultradifusas. As descobertas estão forçando-os a concluir que as galáxias se formam de mais maneiras do que eles sabiam.
Alguns UDGs recém-descobertos parecem carecer inteiramente de matéria escura. Grupo de Van Dokkum identificou uma dessas galáxias em 2018, depois avistou uma trilha de outras pessoas nas proximidades. Neste mês de maio, a equipe conjecturado in Natureza que a trilha se formou em uma colisão de duas galáxias há muito tempo. A colisão desacelerou o fluxo de gás das galáxias, mas sua matéria escura continuou como se nada tivesse acontecido. O gás então se comprimiu em aglomerados de estrelas, eventualmente formando uma cadeia de galáxias livres de matéria escura.
Enquanto isso, Bennet descobriu dois UDGs em 2018 que apontam para uma teoria de formação diferente. Em cada caso, as forças de maré de uma galáxia pesada próxima parecem ter rasgado o UDG, soprando-o e roubando seu gás. (Isso não pode explicar Dragonfly 44, que fica muito longe de galáxias pesadas.)
Estranhamente, um jornal de setembro relataram a formação de estrelas recente em um UDG, contrariando a ideia de que eles abrigam apenas estrelas antigas.
Essa gama de UDGs que parecem iguais externamente, mas diferem internamente pode validar a teoria da matéria escura sobre o MOND. “Se as estrelas estão se movendo muito rápido em uma galáxia e muito lentamente na outra, isso é um grande problema para essas teorias alternativas”, disse van Dokkum.
McGaugh concordou que, se houver “outliers genuínos” entre a população UDG, “isso é realmente um problema para o MOND”. No entanto, ele acrescentou, “isso não torna automaticamente a matéria escura uma interpretação melhor”.
Respostas definitivas exigirão novos telescópios. O recém-operacional Telescópio Espacial James Webb já detectou galáxias distantes como elas apareceram quando estavam se formando no universo inicial, o que ajudará a testar e refinar as ideias nascentes.
“A grande vantagem é que ainda não sabemos o que está por aí”, disse van Dokkum. “Existem galáxias que ainda não descobrimos que são muito grandes, muito próximas e têm propriedades incomuns, e elas não estão em nossos catálogos atuais, mesmo depois de todas essas décadas de estudo do céu.”
