O supercomputador mais poderoso da NASA ajudou os pesquisadores a simular o halo da matéria escura que circunda a Via Láctea. Esta nova simulação por computador mostra como a matéria escura se agrupa em "sub-halos" dentro do halo maior que cerca a Via Láctea. Isso é meio que um quebra-cabeça, já que a matéria escura não corresponde ao aglomerado de galáxias satélites que nos cercam.
Pesquisadores da Universidade da Califórnia, Santa Cruz, usaram o supercomputador mais poderoso da NASA para executar a maior simulação até hoje da formação e evolução do halo de matéria escura que envolve a galáxia da Via Láctea. Seus resultados mostram subestruturas dentro do halo em detalhes sem precedentes, fornecendo uma ferramenta valiosa para entender a história evolutiva de nossa galáxia.
Toda galáxia é cercada por um halo de misteriosa matéria escura que só pode ser detectada indiretamente pela observação de seus efeitos gravitacionais. O halo invisível é muito maior e mais esférico do que a galáxia luminosa em seu centro. Simulações recentes em computador mostraram que o halo é surpreendentemente desajeitado, com concentrações relativamente densas de matéria escura em "subhalos" gravitacionalmente ligados dentro do halo. O novo estudo, aceito para publicação no Astrophysical Journal, mostra uma subestrutura muito mais extensa do que qualquer estudo anterior.
“Encontramos quase 10.000 sub-halos, cerca de uma ordem de magnitude a mais do que em qualquer simulação anterior, e alguns de nossos sub-halos exibem 'subestrutura'. Isso era esperado teoricamente, mas nós o mostramos pela primeira vez em uma simulação numérica”, afirmou. Piero Madau, professor de astronomia e astrofísica na UCSC e co-autor do artigo.
Jörg Diemand, um pós-doutorado do Hubble na UCSC e primeiro autor do artigo, disse que os novos resultados exacerbam o que é conhecido como o "problema do satélite desaparecido". O problema é que a massa da matéria normal dentro e ao redor de nossa galáxia - na forma de galáxias anãs satélites - não corresponde à massa da matéria escura vista na simulação.
“Os astrônomos continuam descobrindo novas galáxias anãs, mas ainda existem apenas cerca de 15, em comparação com cerca de 120 sub-halos de matéria escura de tamanho comparável em nossa simulação. Então, quais hospedam as galáxias anãs e por quê? Disse Diemand.
Modelos teóricos nos quais a formação estelar é restrita a certos tipos de halos de matéria escura - suficientemente massivos ou de formação precoce - podem ajudar a resolver a discrepância, disse Madau.
Embora a natureza da matéria escura permaneça um mistério, ela parece ser responsável por cerca de 82% da matéria no universo. Como resultado, a evolução da estrutura no universo foi impulsionada pelas interações gravitacionais da matéria escura. A matéria "normal" que forma gás e estrelas caiu nos "poços gravitacionais" criados por aglomerados de matéria escura, dando origem a galáxias nos centros dos halos da matéria escura.
Inicialmente, a gravidade agia com pequenas flutuações de densidade presentes logo após o Big Bang para reunir os primeiros aglomerados de matéria escura. Estes cresceram em grupos cada vez maiores através da fusão hierárquica de progenitores menores. Este é o processo que os pesquisadores da UCSC simularam no supercomputador Columbia no Centro de Pesquisa Ames da NASA, um dos computadores mais rápidos do mundo. A simulação levou alguns meses para ser concluída, rodando de 300 a 400 processadores por vez, durante 320.000 "cpu-horas", disse Diemand.
O co-autor Michael Kuhlen, que começou a trabalhar no projeto como estudante de pós-graduação na UCSC e agora está no Instituto de Estudos Avançados de Princeton, disse que os pesquisadores definem as condições iniciais com base nos resultados mais recentes da Sonda de Anisotropia por Microondas de Wilkinson (WMAP) experimentar. Lançados em março, os novos resultados do WMAP fornecem a imagem mais detalhada de todos os tempos do universo infantil.
A simulação começa cerca de 50 milhões de anos após o Big Bang e calcula as interações de 234 milhões de partículas de matéria escura ao longo de 13,7 bilhões de anos de tempo cosmológico para produzir um halo na mesma escala da Via Láctea. Os aglomerados dentro do halo são os remanescentes de fusões nas quais os núcleos de halos menores sobreviveram como subhalos gravitacionalmente ligados que orbitam dentro do sistema hospedeiro maior.
A simulação produziu cinco subhalos maciços (cada um com mais de 30 milhões de vezes a massa do Sol) e muitos menores nos 10% internos do halo do hospedeiro. No entanto, apenas uma galáxia anã conhecida (Sagitário) está tão perto do centro da Via Láctea, disse Diemand.
“Existem grandes aglomerados de matéria escura na mesma região onde estaria o disco da Via Láctea. Portanto, mesmo na vizinhança local de nosso sistema solar, a distribuição de matéria escura pode ser mais complicada do que imaginamos ”, afirmou.
Os astrônomos podem ser capazes de detectar aglomerados de matéria escura na auréola da Via Láctea com futuros telescópios de raios gama, mas apenas se a matéria escura consistir nos tipos de partículas que dariam origem a emissões de raios gama. Certos candidatos à matéria escura - como o neutralino, uma partícula teórica prevista pela teoria da supersimetria - poderiam aniquilar (ou seja, ser mutuamente destruídos) em colisões, gerando novas partículas e emitindo raios gama.
"Os telescópios de raios gama existentes não detectaram a aniquilação da matéria escura, mas os experimentos futuros serão mais sensíveis, então há alguma esperança de que subhalos individuais produzam uma assinatura observável", disse Kuhlen.
Em particular, os astrônomos esperam resultados interessantes do Telescópio Espacial para Grandes Áreas com Raios Gama (GLAST), com lançamento previsto para 2007, disse ele.
A simulação também fornece uma ferramenta útil para os astrônomos observacionais que estudam as estrelas mais antigas da nossa galáxia, fornecendo um vínculo entre as observações atuais e as fases anteriores da formação da galáxia, disse Diemand.
“As primeiras galáxias pequenas se formaram muito cedo, cerca de 500 milhões de anos após o Big Bang, e ainda hoje existem estrelas em nossa galáxia que se formaram nesse período, como um registro fóssil da formação estelar inicial. Nossa simulação pode fornecer o contexto de onde essas estrelas antigas vieram e como elas acabaram nas galáxias anãs e em certas órbitas do halo estelar de hoje ”, disse Diemand.
Fonte original: Comunicado de imprensa da UC Santa Cruz
