Quando uma pequena galáxia se aproxima muito da Via Láctea, a gravidade de nossa galáxia maior a infiltra. O gás e as estrelas são arrancados da galáxia que passa quando ela cai em direção ao seu destino, criando correntes de material que se estendem entre o par galáctico. Essas correntes continuam a arrancar as estrelas até que o objeto infalling seja completamente consumido. Após a fusão, alguns dos únicos sinais remanescentes do objeto devorado são as correntes estelares serpenteando através da Via Láctea, uma pequena amostra de estrelas de uma galáxia há muito desaparecida.
Além de ser um registro do passado, uma dessas correntes pode fornecer a primeira evidência direta de aglomerados de matéria escura em pequena escala - o material indescritível que acredita-se ser responsável por 85% de toda a matéria no universo. Uma análise recente de um rastro de estrelas revela que ele interagiu com um objeto denso nos últimos cem milhões de anos. Depois de excluir os suspeitos mais prováveis, os pesquisadores determinaram que a lacuna relativamente recente no fluxo pode ter sido causada por um pequeno amontoado de matéria escura. Se confirmados, os redemoinhos deste fluxo estelar poderiam ajudar os cientistas a classificar as teorias concorrentes sobre a matéria escura e talvez até se aproximarem das características do material misterioso.
A corrente estelar conhecida como GD-1 é um fluxo fino de material dentro do halo galáctico, a coleção solta de estrelas e gases que circundam o disco da Via Láctea. Usando dados divulgados em abril passado pelo telescópio espacial Gaia da Agência Espacial Européia, que está em processo de montar o mapa mais detalhado das estrelas da Via Láctea, os astrônomos puderam usar dados posicionais precisos para reconstruir o movimento das estrelas em GD. -1. Arrancado de uma nuvem de material, o riacho é o último remanescente de um objeto que provavelmente foi consumido por nossa galáxia nos últimos 300 milhões de anos - um piscar de olhos em escalas de tempo astronômicas.
Uma representação artística do observatório espacial Gaia da ESA, um telescópio de astrometria projetado para medir as posições e movimentos das estrelas. (ESA / NASA) Gaia encontrou duas pequenas quebras no fluxo, a primeira observação inequívoca de lacunas em um fluxo estelar, bem como uma densa coleção de estrelas chamada de esporão. Juntas, essas características sugerem que um pequeno mas massivo objeto sacudiu o material do riacho.
"Eu acho que esta é a primeira evidência dinâmica direta para a estrutura de pequena escala da matéria escura", diz Adrian Price-Whelan, um astrônomo do Flatiron Institute em Nova York. Trabalhando com Ana Bonaca, do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Price-Whelan investigou as novas estruturas do GD-1 para determinar sua fonte e apresentou os resultados no início deste ano na reunião de inverno da American Astronomical Society.
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A cerca de 33.000 anos-luz (10 kiloparsecs), o GD-1 é o maior fluxo estelar do halo galáctico. Enquanto Price-Whelan e seus colegas foram capazes de usar modelos para mostrar que uma das lacunas se formou durante a geração do fluxo, a outra lacuna permaneceu um mistério. No entanto, junto com o quebra-cabeça, Gaia também revelou uma solução: o estímulo.
Quando um objeto viaja passado ou através de um fluxo estelar, ele perturba as estrelas. Price-Whelan compara a interrupção a um forte jato de ar soprando através de uma corrente de água. A água - ou estrelas - se projetam ao longo do caminho do disruptor, criando uma lacuna. Alguns se movem tão rápido que escapam do córrego e voam para o espaço, perdidos para sempre. Outros são puxados de volta para o córrego para formar características semelhantes a turbilhões que os astrônomos chamam de esporas. Depois de algumas centenas de milhões de anos, a maioria das esporas fundem-se novamente no córrego, e apenas a lacuna permanece, embora algumas possam ser mais duradouras.
Quando se trata de detectar estruturas em fluxos estelares, o Price-Whelan chama o GD-1 de "o fluxo Goldilocks" porque está no lugar certo. O GD-1 está dentro das estrelas da Via Láctea, mas se movendo na direção oposta, tornando mais fácil para os astrônomos distinguirem as estrelas no córrego dos objetos circundantes. "Em qualquer local, ele está se movendo de maneira diferente da maioria das outras estrelas naquela parte do céu estão se movendo", diz Price-Whelan.
Os pesquisadores modelaram que tipo de objetos poderia ser responsável pelo esporão relativamente recém-nascido detectado no GD-1. Eles determinaram que o objeto responsável tinha que pesar com uma massa entre 1 milhão e 100 milhões de vezes a massa do sol. Esticando apenas 65 anos-luz (20 pc) de comprimento, o objeto teria sido incrivelmente denso. A interação entre o fluxo e o objeto denso provavelmente teria acontecido nos últimos cem milhões de anos fora da vida de 13, 8 bilhões de anos do universo.
Um diagrama da nossa galáxia, a Via Láctea. (NASA / JPL-Caltech / R. Hurt (SSC / Caltech)) A matéria escura não é o único objeto que poderia ter interrompido o fluxo estelar. Um aglomerado globular ou uma galáxia anã nas proximidades também poderia ter criado a lacuna e a espora. Price-Whelan e seus colegas voltaram seus olhos para todos os objetos conhecidos e calcularam suas órbitas, descobrindo que nenhum chegou perto o suficiente de GD-1 nos últimos bilhões de anos para agitar as coisas. Um encontro casual com um buraco negro primordial poderia ter lançado as estrelas do riacho voando, mas teria sido um evento extremamente raro.
De acordo com simulações de matéria escura que permitem pequenas estruturas, dezenas de sementes de matéria escura são espalhadas por galáxias como a Via Láctea. Espera-se que um fluxo como o GD-1 encontre pelo menos uma dessas sementes nos últimos 8 bilhões de anos, tornando a matéria escura muito mais provável com base nas taxas de encontro do que qualquer outro objeto.
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A matéria escura compõe a maior parte da massa no universo, mas nunca foi diretamente observada. As duas principais teorias para sua existência são o modelo de matéria escura quente e o modelo de matéria escura fria Lambda (ΛCDM), que é o modelo preferido pela maioria dos cientistas. Sob o ΛCDM, a matéria escura forma aglomerados que podem ser tão grandes quanto uma galáxia ou tão pequenos quanto uma lata de refrigerante. Modelos quentes de matéria escura sugerem que o material tem menos partículas massivas e não possui as estruturas do tamanho de latas que o modelo ΛCDM sugere. Encontrar evidências para estruturas de pequena escala de matéria escura poderia ajudar a eliminar determinados modelos e começar a se concentrar em algumas das características do material tentador.
"Os córregos podem ser o único caminho que poderíamos usar para estudar o menor ponto de massa do que a matéria escura está fazendo", diz Price-Whelan. "Se quisermos ser capazes de confirmar ou rejeitar ou descartar diferentes teorias da matéria escura, precisamos realmente saber o que está acontecendo no [baixo] fim".
Os dados de Gaia ajudaram a identificar as estrelas do esporão, mas não são detalhadas o suficiente para comparar as diferenças de velocidade entre elas e as estrelas no córrego, o que pode ajudar a confirmar que a matéria escura perturbou a estrutura. Price-Whelan e seus colegas querem usar o Telescópio Espacial Hubble da NASA para estudar ainda mais o movimento das fracas estrelas do GD-1. Embora Gaia tenha aberto a porta para o exame em larga escala do movimento de estrelas através da Via Láctea, Price-Whelan diz que não pode competir com o HST quando se trata de estrelas muito fracas. "Você pode perfurar muito mais fundo quando você tem um telescópio dedicado como o Hubble", diz ele.
As diferenças na forma como as estrelas do fluxo e do movimento de esporão podem ajudar os astrônomos a determinar quanta energia o objeto perturbador carrega, bem como permitir que os pesquisadores calculem sua órbita. Essas informações podem ser usadas para rastrear a massa disruptiva de matéria escura e estudar seu ambiente imediato.
Além de fazer um estudo mais aprofundado do GD-1, os astrônomos planejam aplicar as mesmas técnicas permitidas pelos dados do Gaia a alguns dos mais de 40 outros fluxos que circundam a Via Láctea. Observar esporas e brechas em outros riachos e amarrá-los à matéria escura pode melhorar ainda mais nossa compreensão de como a substância misteriosa interage com a galáxia visível.
Depois de décadas de intrigante sobre o mistério da matéria escura, as lacunas e esporas em correntes estelares como GD-1 podem finalmente ajudar a revelar os segredos da substância que constitui a maior parte do universo. "Essa é uma das coisas mais empolgantes que saíram de Gaia", diz Price-Whelan.
