A Astronomia é um campo de infindáveis mistérios. Este artigo de 29 de novembro de 2019, fala de um estudo sobre a rotação de galáxias anãs e os intrigantes resultados vindos dos dados obtidos. O artigo é escrito por Tomer Yavetz a partir do paper científico denominado: Baryonic clues to the puzzling diversity of dwarg galaxy rotation curves (Demais cŕeditos no link.) O artigo original está no site astrobites.org e pode ser acessado aqui
O texto foi traduzido e adaptado para o português brasileiro.
O ditado conhecido diz: “onde há fumaça, há fogo”. Assim como inferimos a existência de um incêndio quando vemos fumaça, inferimos a existência de massa quando vemos objetos se movendo em círculos. A física determina que objetos giram em torno de uma grande massa – quanto maior a massa, mais rápida será a rotação. Quando a matéria observável (estrelas, poeira, gás, etc. – também conhecida como matéria bariônica) não é suficiente para explicar as velocidades de rotação, a maioria dos astrônomos conclui que deve haver alguma forma de matéria invisível ou matéria escura.
Uma teoria bem-sucedida precisa levar em consideração as velocidades de rotação em função do raio (também conhecido como “curva de rotação” da galáxia)), o que requer um conhecimento preciso do perfil de densidade dos bárions e da matéria escura. Para a maioria das galáxias, variando de tamanho, de galáxias como a nossa Via Láctea a enormes aglomerados de galáxias com centenas de galáxias do tamanho da Via Láctea, um modelo simples para a matéria escura é suficiente , e é suficiente conhecer um só parâmetro (como a massa total de o sistema, ou a velocidade máxima de rotação), para prever com precisão a forma completa da curva de rotação de uma galáxia.
No entanto, a situação fica muito mais complicada com galáxias anãs. A Figura 1 mostra as curvas de rotação de quatro galáxias anãs que deveriam, em teoria, parecer semelhantes. Em alguns casos, as velocidades de rotação sobem muito mais rápido do que o esperado, o que significa que a densidade central é mais alta do que nossas teorias previram. Em outros casos, as velocidades de rotação sobem surpreendentemente lentamente, o que significa que o centro dessas galáxias deve ser menos denso do que poderíamos esperar.
Então, o que está acontecendo com essas galáxias anãs? Os teóricos chegaram a uma série de explicações sobre por que as curvas de rotação das galáxias anãs diferem das expectativas. Os autores de hoje agrupam essas teorias em quatro categorias:
Física bariônica: Efeitos bariônicos como feedback podem criar fortes fluxos de bárions vindos das regiões internas de uma galáxia, levando a uma redução no conteúdo de matéria escura nessas regiões (causando curvas de rotação como as do painel inferior direito na Figura 1). Ao mesmo tempo, entradas de gás frio podem ter o efeito oposto, aumentando a densidade no centro da galáxia e aprofundando o poço potencial (causando uma curva de rotação como no painel superior esquerdo na Figura 1).
Física da matéria escura: várias teorias preveem que a matéria escura pode ser influenciada por outras forças que não a gravidade, levando aos desvios das curvas de rotação previstas na Figura 1. Um exemplo é a matéria escura com interação própria (SIDM), que se espera que forme uma superfície mais rasa de poços quânticos potenciais (levando a curvas de rotação semelhantes ao painel inferior direito na Figura 1).
Leis de aceleração bariônica: alguns teóricos argumentaram que as curvas de rotação das galáxias podem ser explicadas usando apenas a distribuição espacial dos componentes bariônicos das galáxias, e que a contribuição da matéria escura para a curva de rotação é totalmente especificada pela dos bárions. Tais leis de aceleração podem (mas não necessariamente precisam) surgir de teorias da gravidade modificada que acabam com a matéria escura.
Incertezas observacionais: incertezas nas velocidades circulares usadas para medir curvas de rotação podem surgir se uma grande fração das órbitas na região central da galáxia for não circular. Isso é especialmente provável se a forma do potencial for triaxial em vez de esférica. Tais incertezas podem causar subestimação e superestimação das densidades centrais das galáxias anãs, levando à diversidade de curvas de rotação mostradas na Figura 1.
O principal objetivo desse artigo é avaliar cada uma dessas teorias em relação aos dados observacionais existentes. Os autores utilizam simulações (APOSTLE e NIHAO) para testar se alguma das teorias é capaz de reproduzir a diversidade observada de curvas de rotação. Em cada caso, eles comparam as expectativas da teoria / simulações com os dados observados. A Figura 2 mostra um exemplo para testar a teoria de uma lei de aceleração bariônica (categoria # 3 acima).
Então, qual das quatro teorias pode justificar as curvas de rotação observadas? Os autores argumentam que a resposta é ‘nenhuma das opções acima’. Embora cada teoria tenha sido capaz de explicar certas galáxias, nenhuma das teorias reproduziu a diversidade completa das curvas de rotação observadas sem a necessidade de suposições adicionais (como mostrado na Figura 2 para a explicação da lei de aceleração bariônica).
É muito comum que artigos (e Astrobites) terminem com alguma variação da afirmação: “precisamos de mais dados!” Esse artigo termina com uma nota muito diferente – os dados que já temos enfatizam uma questão clara no nosso entendimento atual de como galáxias anãs se comportam. O que precisamos não é de mais dados, mas de uma teoria mais satisfatória para explicar a diversidade estonteante das curvas de rotação das galáxias anãs.
Imagem em destaque: curva de rotação de uma galáxia espiral. Crédito: Queens University
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