Nota de Imprensa

A matéria escura era menos influente no Universo primordial

Observações VLT de galáxias distantes sugerem que estes objetos eram dominados por matéria normal

15 de Março de 2017

Novas observações indicam que galáxias massivas a formar estrelas durante o pico da formação galáctica, há 10 mil milhões de anos atrás, eram dominadas por matéria “bariónica”, ou seja normal. Este facto está em perfeito contraste com as galáxias atuais, onde os efeitos da misteriosa matéria escura parecem ser muito maiores. Este resultado surpreendente foi obtido com o auxílio do Very Large Telescope do ESO e sugere que a matéria escura tinha menos influência no Universo primordial do que tem atualmente. Este trabalho foi apresentado em 4 artigos científicos, um dos quais é publicado hoje na revista Nature.

A matéria normal apresenta-se sob a forma de estrelas brilhantes, gás resplandescente e nuvens de poeira. No entanto, a matéria escura mais elusiva não emite, absorve ou reflete luz e por isso apenas pode ser observada através dos seus efeitos gravitacionais. A presença de matéria escura explica por que é que as regiões mais externas das galáxias em espiral próximas rodam mais rapidamente do que o que seria de esperar se apenas estivesse presente a matéria normal que observamos de forma direta [1].

Uma equipa internacional de astrónomos, liderada por Reinhard Genzel do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre em Garching, na Alemanha, utilizou os instrumentos KMOS e SINFONI montados no Very Large Telescope do ESO, no Chile [2], para medir a rotação de seis galáxias massivas a formar estrelas no Universo distante, na época do pico da formação galáctica, há 10 mil milhões de anos atrás.

O que a equipa descobriu é assaz intrigante: contrariamente às galáxias em espiral presentes no Universo atual, as regiões externas destas galáxias distantes parecem rodar mais lentamente que as regiões mais próximas do núcleo — sugerindo que existe menos matéria escura presente do que o esperado.

“Surpreendentemente, as velocidades de rotação não são constantes, mas diminuem com a distância ao centro das galáxias,” comenta Reinhard Genzel, autor principal do artigo científico publicado na Nature. “Existem muito provavelmente duas causas para este facto. A primeira é que estas galáxias massivas primordiais são fortemente dominadas por matéria normal, com a matéria escura a desempenhar um papel muito menos preponderante do que no Universo local. A segunda é que estes discos primordiais são muito mais turbulentos do que as galáxias em espiral que observamos na nossa vizinhança cósmica.”

Ambos estes efeitos parecem tornar-se mais marcados à medida que os astrónomos observam cada vez mais longe no passado, em direção ao Universo primordial. Este facto sugere que três a quatro mil milhões de anos após o Big Bang, o gás nas galáxias já se encontrava eficientemente condensado em discos planos em rotação, enquanto os halos de matéria escura que os rodeavam eram muito maiores e mais dispersos. Aparentemente foram precisos milhares de milhões de anos para que a matéria escura também se condensasse, razão pela qual o seu efeito dominante é apenas observado atualmente. 

Esta explicação é consistente com as observações, que mostram que as galáxias primordiais eram muito mais ricas em gás e muito mais compactas do que as galáxias atuais.

As seis galáxias mapeadas neste estudo fazem parte de uma amostra muito maior composta por uma centena de discos longínquos a formar estrelas, observados pelos instrumentos KMOS e SINFONI, montados no Very Large Telescope do ESO no Observatório do Paranal , no Chile. Para além das medições das galáxias individuais descritas acima, foi também criada uma curva de rotação média combinando os sinais mais fracos das outras galáxias. Esta curva composta mostra igualmente a mesma tendência de diminuição da velocidade quando nos afastamos dos centros das galáxias. Adicionalmente, dois outros estudos de 240 discos a formar estrelas apoiam igualmente estes resultados.

Modelos detalhados mostram que, enquanto a matéria normal representa em média cerca de metade da massa total de todas as galáxias, para elevados desvios para o vermelho esta matéria domina completamente a dinâmica das galáxias.

Notas

[1] O disco de uma galáxia em espiral roda com um período de centenas de milhões de anos. Os núcleos destas galáxias têm enormes concentrações de estrelas, mas a densidade de matéria brilhante diminui em direção à sua periferia. Se a massa da galáxia consistisse inteiramente de matéria normal, então as regiões externas menos densas deveriam rodar mais lentamente do que as regiões centrais mais densas. No entanto, observações de galáxias em espiral próximas mostram que as suas regiões internas e externas rodam aproximadamente à mesma velocidade. Estas “curvas de rotação planas” indicam que estes objetos devem conter enormes quantidades de matéria não luminosa situada num halo que rodeia o disco galáctico.

[2] Os dados analisados foram obtidos pelos espectrógrafos de campo integral KMOS e SINFONI montados no Very Large Telescope do ESO, no Chile, no âmbito dos rastreios KMOS3D e SINS/zC-SINF. Trata-se da primeira vez em que é levado a cabo um estudo bastante exaustivo da dinâmica de um grande número de galáxias com desvios para o vermelho situados no intervalo compreendido entre z~0,6 e z~2,6, o que corresponde a 5 mil milhões de anos de tempo cósmico.

Informações adicionais

Este trabalho foi descrito num artigo científico intitulado “Strongly baryon dominated disk galaxies at the peak of galaxy formation ten billion years ago”, de R. Genzel et al., que foi publicado na revista Nature.

A equipa é composta por: R. Genzel (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Alemanha; University of California, Berkeley, EUA), N.M. Förster Schreiber (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Alemanha), H. Übler (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Alemanha), P. Lang (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Alemanha), T. Naab (Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching, Alemanha), R. Bender (Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Alemanha; Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Alemanha), L.J. Tacconi (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Alemanha), E. Wisnioski (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Alemanha), S.Wuyts (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Alemanha; University of Bath, Bath, RU), T. Alexander (The Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel), A. Beifiori (Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Alemanha; Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Alemanha), S.Belli (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Alemanha), G. Brammer (Space Telescope Science Institute, Baltimore, EUA), A.Burkert (Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching, Alemanha; Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Alemanha) C.M. Carollo (Eidgenössische Technische Hochschule, Zürich, Suíça), J. Chan (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Alemanha), R. Davies (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Alemanha), M. Fossati (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Alemanha; Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Alemanha), A. Galametz (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Alemanha; Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Alemanha), S. Genel (Center for Computational Astrophysics, New York, EUA), O. Gerhard (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Alemanha), D. Lutz (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Alemanha), J.T. Mendel (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Alemanha; Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Alemanha), I. Momcheva (Yale University, New Haven, EUA), E.J. Nelson (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Alemanha; Yale University, New Haven, EUA), A. Renzini (Vicolo dell'Osservatorio 5, Padova, Itália), R.Saglia (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Alemanha; Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Alemanha), A. Sternberg (Universidade de Tel Aviv, Tel Aviv, Israel), S. Tacchella (Eidgenössische Technische Hochschule, Zürich, Suíça), K.Tadaki (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Alemanha) e D. Wilman (Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Alemanha; Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Alemanha).

O ESO é a mais importante organização europeia intergovernamental para a investigação em astronomia e é de longe o observatório astronómico mais produtivo do mundo. O ESO é  financiado por 16 países: Alemanha, Áustria, Bélgica, Brasil, Dinamarca, Espanha, Finlândia, França, Holanda, Itália, Polónia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suécia e Suíça, assim como pelo Chile, o país de acolhimento. O ESO destaca-se por levar a cabo um programa de trabalhos ambicioso, focado na concepção, construção e operação de observatórios astronómicos terrestres de ponta, que possibilitam aos astrónomos importantes descobertas científicas. O ESO também tem um papel importante na promoção e organização de cooperação na investigação astronómica. O ESO mantém em funcionamento três observatórios de ponta no Chile: La Silla, Paranal e Chajnantor. No Paranal, o ESO opera  o Very Large Telescope, o observatório astronómico óptico mais avançado do mundo e dois telescópios de rastreio. O VISTA, o maior telescópio de rastreio do mundo que trabalha no infravermelho e o VLT Survey Telescope, o maior telescópio concebido exclusivamente para mapear os céus no visível. O ESO é um parceiro principal no ALMA, o maior projeto astronómico que existe atualmente. E no Cerro Armazones, próximo do Paranal, o ESO está a construir o European Extremely Large Telescope (E-ELT) de 39 metros, que será “o maior olho do mundo virado para o céu”.

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Este texto é a tradução da Nota de Imprensa do ESO eso1709, cortesia do ESON, uma rede de pessoas nos Países Membros do ESO, que servem como pontos de contacto local com os meios de comunicação social, em ligação com os desenvolvimentos do ESO. A representante do nodo português é Margarida Serote.