A Via Láctea. Crédito da imagem: Serge Brunier. Clique para ampliar
A mais proeminente das galáxias satélites da Via Láctea - um par de galáxias chamadas Nuvens de Magalhães - parece estar interagindo com a matéria escura fantasmagórica da Via Láctea para criar uma distorção misteriosa no disco galáctico que intriga os astrônomos há meio século.
A dobra, vista mais claramente no fino disco de gás hidrogênio que penetra a galáxia, se estende por todo o diâmetro de 200.000 anos-luz da Via Láctea, com o sol e a terra em algum lugar perto do vinco. Leo Blitz, professor de astronomia da Universidade da Califórnia, Berkeley, e seus colegas, Evan Levine e Carl Heiles, mapearam essa distorção e a analisaram em detalhes pela primeira vez, com base em um novo mapa galáctico de gás hidrogênio (HI) emissões.
Eles descobriram que a camada de gás atômico está vibrando como um tambor e que a vibração consiste quase inteiramente de três notas ou modos.
Os astrônomos anteriormente descartaram as Nuvens de Magalhães - compostas por Grandes e Pequenas Nuvens de Magalhães - como uma provável causa da urdidura galáctica, porque as massas combinadas das galáxias são apenas 2% do disco. Essa massa foi considerada pequena demais para influenciar um disco massivo equivalente a cerca de 200 bilhões de sóis durante a órbita de 1,5 bilhão de anos da galáxia nas nuvens.
No entanto, o teórico Martin D. Weinberg, professor de astronomia da Universidade de Massachusetts, Amherst, juntou-se a Blitz para criar um modelo de computador que leva em consideração a matéria escura da Via Láctea, que, embora invisível, é 20 vezes mais massiva do que toda a matéria visível na galáxia combinada. O movimento das nuvens através da matéria escura cria uma esteira que aumenta sua influência gravitacional no disco. Quando essa matéria escura é incluída, as Nuvens de Magalhães, em sua órbita ao redor da Via Láctea, reproduzem muito de perto o tipo de urdidura observada na galáxia.
"O modelo não apenas produz essa dobra na Via Láctea, mas durante o ciclo de rotação das Nuvens de Magalhães ao redor da galáxia, parece que a Via Láctea está batendo na brisa", disse Blitz, diretor do Laboratório de Astronomia de Rádio da UC Berkeley.
"As pessoas tentam ver o que cria essa distorção há muito tempo", disse Weinberg. "Nossa simulação ainda não se encaixa perfeitamente, mas possui muito do caráter dos dados reais".
Levine, um estudante de pós-graduação, apresentará os resultados do trabalho em Washington, DC, no dia 9 de janeiro, durante uma sessão de 10 horas sobre estrutura galáctica na reunião da Sociedade Astronômica Americana. Blitz resumirá o trabalho mais tarde naquele dia, durante as 12h30. coletiva de imprensa na sala Wilson C do Marriott Wardman Park Hotel.
A interação das Nuvens de Magalhães com a matéria escura da galáxia para produzir uma distorção enigmática na camada de gás hidrogênio é uma reminiscência do paradoxo que levou à descoberta da matéria escura há cerca de 35 anos. À medida que os astrônomos construíam telescópios cada vez melhores, capazes de medir as velocidades de estrelas e gás nas regiões externas de nossa galáxia, eles descobriram que essas estrelas se moviam muito mais rápido do que seria esperado do número e massa observados de estrelas em toda a Via Láctea. Somente invocando uma noção então herética, de que 80% da massa da galáxia estava muito escura para ver, os astrônomos poderiam conciliar as velocidades com as conhecidas teorias da física.
Embora ninguém saiba a verdadeira identidade dessa matéria escura - o consenso atual é de que é uma matéria exótica, em vez de estrelas normais muito escuras para ver - os astrônomos agora estão levando isso em consideração em suas simulações da dinâmica cósmica, para explicar o efeito da lente. galáxias e aglomerados de galáxias têm a luz das galáxias de fundo ou para descrever a evolução dos aglomerados de galáxias no universo primitivo.
Alguns físicos, no entanto, criaram uma teoria alternativa da gravidade chamada Dinâmica Newtoniana Modificada, ou MOND, que procura explicar essas observações sem recorrer à crença em uma grande quantidade de massa não detectada no universo, como um elefante invisível na sala. Embora a MOND possa explicar algumas coisas, Weinberg acha que a teoria terá dificuldade em explicar a deformação da Via Láctea.
"Sem um halo de matéria escura, a única coisa que o disco de gás pode sentir é a gravidade direta das próprias nuvens de Magalhães, que foram mostradas na década de 1970 para não funcionar", disse ele. "Parece ruim para MOND, neste caso."
Como muitas galáxias têm discos deformados, dinâmicas semelhantes também podem explicá-las. De qualquer forma, os pesquisadores dizem que seu trabalho sugere que as dobras fornecem uma maneira de verificar a existência da matéria escura.
O ponto de partida desta pesquisa foram os novos dados espectrais divulgados no verão passado sobre as emissões de 21 centímetros de hidrogênio na Via Láctea. A pesquisa, Leiden-Argentina-Bonn ou LAB Survey of Galactic HI, mesclou uma pesquisa do céu do norte realizada por astrônomos na Holanda (a Pesquisa Leiden / Dwingeloo) com uma pesquisa do céu do sul do Instituto Argentino de Radioastronomía. Os dados foram corrigidos por cientistas do Instituto de Radioastronomia da Universidade de Bonn, Alemanha.
Blitz, Levine e Heiles, professor de astronomia da UC Berkeley, pegaram esses dados e produziram um novo mapa detalhado do hidrogênio atômico neutro na galáxia. Esse hidrogênio, distribuído em um plano com dimensões como as de um disco compacto, acaba se condensando em nuvens moleculares que se tornam viveiros estelares.
Com o mapa em mãos, eles foram capazes de descrever matematicamente a urdidura como uma combinação de três tipos diferentes de vibração: um bater da borda do disco para cima e para baixo, uma vibração sinusoidal como a vista em uma cabeça de tambor e uma oscilação em forma de sela. Essas três "notas" são cerca de 3 milhões de oitavas abaixo do meio C.
"Descobrimos algo muito surpreendente: poder descrever a distorção por três modos de vibração, ou três notas e apenas três", disse Blitz, observando que essa descrição matemática bastante simples da urdidura escapou à atenção dos astrônomos desde o processo de urdidura. descoberta em 1957.
"Na verdade, estávamos tentando analisar uma estrutura mais" escalonada "do disco, e essa estrutura vibratória simples e elegante surgiu", acrescentou Levine.
A distorção atual no disco de gás é uma combinação desses três modos vibracionais, deixando metade do disco galáctico preso acima do plano de estrelas e gás, enquanto a outra metade mergulha abaixo do disco antes de subir novamente mais para fora do disco. centro da galáxia. Os resultados dessa análise serão publicados em uma próxima edição do Astrophysical Journal.
Weinberg pensou que ele poderia explicar a deformação observada dinamicamente e usou computadores para calcular o efeito das Nuvens de Magalhães orbitando a Via Láctea, lavrando o halo da matéria escura que se estende até a órbita das nuvens.
O que ele e Blitz descobriram é que as nuvens acordam através da matéria escura excitam uma vibração ou ressonância no centro do halo da matéria escura, o que, por sua vez, faz o disco incorporado no halo oscilar fortemente em três modos distintos. O movimento combinado durante uma órbita de 1,5 bilhão de anos das Nuvens de Magalhães é uma reminiscência das bordas de uma toalha de mesa batendo ao vento, uma vez que o centro do disco está preso.
"Muitas vezes pensamos que a urdidura é estática, mas essa simulação mostra que é muito dinâmica", disse Blitz.
Blitz, Levine e Heiles continuam sua busca por anomalias na estrutura do disco da Via Láctea. Weinberg espera usar os dados e análises do grupo UC Berkeley para determinar a forma do halo de matéria escura da Via Láctea.
A pesquisa do grupo da UC Berkeley é apoiada pela National Science Foundation. Weinberg é parcialmente apoiado pela NASA e pela NSF.
Fonte original: Comunicado de imprensa da UC Berkeley
