Coração de galáxia solitária repleto de matéria escura

Dados do Observatório Chandra de Raios-X da NASA ajudaram os astrónomos a descobrir que uma galáxia tem mais matéria escura no seu núcleo do que se esperava, após ficar isolada durante milhares de milhões de anos.

A galáxia Markarian 1216 (ou Mrk 1216) contém estrelas quase tão antigas como o Universo, e os cientistas descobriram que ela passou por uma evolução diferente das galáxias típicas, tanto em termos de estrelas como de matéria escura invisível que, através da gravidade, mantém a galáxia unida. A matéria escura é responsável por cerca de 85% da matéria do Universo, embora apenas tenha sido detetada indiretamente.

Mrk 1216 pertence a uma família de galáxias elípticas que têm maior densidade de estrelas nos seus centros do que a maioria das outras, e que os astrónomos acreditam descenderem de galáxias vermelhas e compactas, denominadas “red nuggets”, que se formaram cerca de mil milhões de anos após o Big Bang, mas que pararam de crescer há cerca de 10 mil milhões de anos.

Se esta explicação estiver correta, então a matéria escura em Mrk 1216 e na sua família galáctica também deve ser compacta. Para testar pela primeira vez esta ideia, uma dupla de astrónomos estudou o brilho em raios-X e a temperatura do gás quente a diferentes distâncias do centro de Mrk 1216, de modo a “pesarem” a matéria escura existente no centro da galáxia.

“Quando comparámos os dados do Chandra com os nossos modelos de computador, descobrimos que era necessária uma concentração muito mais poderosa de matéria escura do que a encontrada em outras galáxias com massa total semelhante,” disse David Buote, da Universidade da Califórnia em Irvine. “Isto mostra-nos que a história de Mrk 1216 é muito diferente da de uma galáxia típica. Essencialmente, todas as suas estrelas e matéria escura foram reunidas há muito tempo, e pouco terá sido acrescentado nos últimos 10 mil milhões de anos.”

De acordo com o novo estudo, cerca de 3 ou 4 mil milhões de anos após o Big Bang, formou-se um halo ou uma esfera difusa de matéria escura à volta do centro de Mrk 1216. Calcula-se que este halo se estendeu por uma região maior que as estrelas da galáxia. A formação de uma tal galáxia “red nugget” é típica para uma ampla gama de galáxias elípticas que hoje se observam. No entanto, ao contrário de Mrk 1216, a maioria das galáxias elípticas gigantes continuaram a crescer, gradualmente, ao longo do tempo, à medida que galáxias mais pequenas se foram fundindo com elas.

“A idade avançada e a densa concentração de estrelas em galáxias elípticas compactas, como Mrk 1216, relativamente próximas dão-nos a primeira evidência de que elas são descendentes das “red nuggets” observadas a grandes distâncias,” disse Aaron Barth, também da Universidade da Califórnia em Irvine e coautor do estudo. “Achamos que o tamanho compacto do halo de matéria escura que aqui observamos confirma a hipótese.”

Previamente, os astrónomos tinham estimado que o buraco negro gigante em Mrk 1216 era mais massivo que o esperado para uma galáxia da sua massa. No entanto, este estudo mais recente concluiu que o buraco negro pode pesar menos de aproximadamente 4 mil milhões de massas solares. Parece muito, mas para uma galáxia do tamanho de Mrk 1216 pode não ser assim tão extraordinário.

Os autores procuraram também sinais de explosões do buraco negro supermassivo central. Viram indícios de cavidades no gás quente, semelhantes às observadas em outras galáxias massivas e enxames de galáxias, como o de Perseus, mas serão necessários mais dados para confirmar a sua presença.

Os dados do estudo de Mrk 1216 também fornecem informações úteis sobre a matéria escura. Como a matéria escura nunca foi diretamente observada, alguns cientistas questionam a sua existência. Buote e Barth interpretaram os dados do Chandra usando modelos standard de gravidade (Newtonianos) e uma teoria alternativa conhecida como Dinâmica Newtoniana Modificada, ou MOND, desenhada para eliminar a necessidade de matéria escura em galáxias típicas. Os resultados mostraram que ambas as teorias exigem a mesma quantidade extraordinária de matéria escura no centro de Mrk 1216, anulando efetivamente a necessidade da explicação MOND.

“No futuro, esperamos avançar para o estudo da natureza da matéria escura,” disse Buote. “A densa acumulação de matéria escura no centro de Mrk 1216 pode ser um teste interessante para teorias não-standard que preveem matéria escura menos concentrada no centro, como partículas de matéria escura que interagem entre si por outros meios além da gravidade.”

O artigo que descreve estes resultados surge na edição de 29 de maio da revista The Astrophysical Journal e está disponível online.

Fontes da notícia: NASA e Chandra.