Astrônomos encontram um misterioso aglomerado de matéria escura de um milhão de massas solares em JVAS B1938+666 a 7,3 bilhões de anos

Uma pista minúscula a 7,3 bilhões de anos

Astrônomos realizaram um impressionante trabalho de “investigação” gravitacional e identificaram um misterioso aglomerado denso de matéria invisível incrustado numa galáxia cuja luz levou cerca de 7,3 bilhões de anos para chegar até nós.

O que, exatamente, esse aglomerado é ainda está em aberto - mas ele é extraordinariamente pequeno para a distância em que foi detectado: algo em torno de um milhão de vezes a massa do Sol. Isso o torna o menor objeto já identificado a grandes distâncias cósmicas com base apenas no efeito gravitacional, com uma diferença de aproximadamente 100 vezes em relação ao recorde anterior.

“Este é o objeto de menor massa conhecido por nós, por duas ordens de grandeza, a ser detectado a uma distância cosmológica por seu efeito gravitacional”, explica uma equipa liderada pelo astrofísico Devon Powell, do Instituto Max Planck de Astrofísica, na Alemanha.

“Este trabalho demonstra a viabilidade observacional de usar o imageamento gravitacional para investigar o regime de um milhão de massas solares muito além do nosso Universo local.”

Como a lente gravitacional revela matéria invisível

A partir do que observamos do Universo, parece existir algo que não emite luz e que interage com o restante do cosmos apenas por meio da gravidade.

Chamamos esse “algo” de matéria escura, e há várias hipóteses candidatas para explicar do que ela é feita. Um ponto-chave é a sua distribuição - se ela é mais uniforme ou se forma grumos -, porque isso ajuda os cientistas a restringirem as possibilidades. O problema é que, como a matéria escura não brilha, mapear onde ela está se torna uma tarefa difícil.

É aí que entra a gravidade. Tudo o que tem massa curva o espaço-tempo à sua volta - quanto maior a massa, maior a curvatura. Imagine uma bola de boliche sobre uma cama elástica. Se você fizer uma bolinha de gude rolar pela lona esticada, ela vai descrever um caminho curvo ao redor da bola de boliche.

Agora troque a bola de boliche por uma galáxia e a bolinha de gude por um fóton. Um conjunto de fótons de uma galáxia distante, ao atravessar o espaço-tempo deformado pela gravidade de uma galáxia mais próxima (a “bola de boliche”), chega até nós alongado, distorcido e ampliado. Esse fenômeno é o que chamamos de lente gravitacional.

Essas lentes são ferramentas extraordinárias para estudar o Universo distante, porque ampliam regiões do espaço profundo de um jeito que a tecnologia, por si só, não consegue. Além disso, a própria luz distante esticada e deformada pode ser usada para reconstruir como a matéria se distribui na galáxia que atua como lente, em primeiro plano.

O sistema JVAS B1938+666 e o “beliscão” no arco

Foi exatamente isso que Powell e seus colegas decidiram fazer. Para isso, recorreram a uma ampla rede de observatórios, incluindo o Green Bank Telescope, o Very Long Baseline Array e a European Very Long Baseline Interferometric Network, com o objetivo de analisar em detalhe um sistema de lente gravitacional já bem conhecido: o JVAS B1938+666.

Nesse sistema, há uma galáxia em primeiro plano com tempo de viagem da luz de cerca de 7,3 bilhões de anos e, mais ao fundo, outra galáxia com aproximadamente 10,5 bilhões de anos de tempo de viagem da luz. A luz dessa galáxia mais distante foi esticada e dividida em quatro imagens pela galáxia em primeiro plano.

Uma dessas imagens aparece como um arco de luz brilhante e “borrado”; dentro desse arco, os investigadores identificaram uma espécie de covinha beliscada. Segundo a análise da equipa, esse “beliscão” não poderia ser produzido apenas pela galáxia que funciona como lente. Em vez disso, o responsável precisa ser um grumo adicional de massa - uma conclusão sustentada por um nível de confiança enorme, de 26 sigma.

“Desde a primeira imagem de alta resolução, observámos imediatamente um estreitamento no arco gravitacional, que é o sinal revelador de que estávamos perante algo”, afirma o astrônomo John McKean, da Universidade de Groningen, nos Países Baixos.

“Apenas outro pequeno grumo de massa entre nós e a galáxia de rádio distante poderia causar isso.”

O que pode ser a massa sem luz

O aglomerado de massa não emite luz - nem em comprimentos de onda ópticos, nem de rádio, nem no infravermelho. Ele é totalmente escuro ou simplesmente fraco demais para ser visto. Com isso, surgem várias possibilidades.

As principais candidatas são um grumo de matéria escura ou uma galáxia anã que emite tão pouca luz que não conseguimos detectá-la.

Por enquanto, as duas interpretações continuam plausíveis, e serão necessários novos esforços de pesquisa para determinar o que, de facto, está a provocar o efeito observado.

Próximos passos e a teoria da matéria escura fria

“Dada a sensibilidade dos nossos dados, estávamos à espera de encontrar pelo menos um objeto escuro, portanto a nossa descoberta é consistente com a chamada ‘teoria da matéria escura fria’, na qual se baseia grande parte do nosso entendimento de como as galáxias se formam”, diz Powell.

“Tendo encontrado um, a questão agora é se conseguimos encontrar mais e se o número deles ainda vai concordar com os modelos.”

As conclusões foram descritas em artigos complementares publicados na Nature Astronomy e na Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.