HUBBLE descobre "GALÁXIAS OSCILANTES"

Abell S1063, um enxame de galáxias, observado pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA como parte do programa Frontier Fields.A enorme massa do enxame age como uma lupa cósmica e amplia galáxias ainda mais distantes, que se tornam suficientemente brilhantes para o Hubble as observar.Crédito: NASA, ESA e J. Lotz (STScI)

Usando o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA, os astrónomos descobriram que as galáxias mais brilhantes dentro de enxames galácticos "oscilam" em relação ao centro de massa do enxame. Este resultado inesperado é inconsistente com as previsões feitas pelo modelo padrão atual da matéria escura. Com uma análise mais aprofundada, pode fornecer informações sobre a natureza da matéria escura, talvez até indicando a presença de uma nova física. 
A matéria escura constitui um pouco mais que 25% de toda a matéria no Universo, mas não pode ser observada diretamente, o que a torna num dos maiores mistérios da astronomia moderna. Halos invisíveis da elusiva matéria escura englobam tanto galáxias como enxames de galáxias. Estes últimos astros são agrupamentos gigantescos de até mil galáxias imersas em gás intergaláctico quente. Estes grupos têm núcleos muito densos, cada um contendo uma galáxia massiva chamada de "galáxia mais brilhante do enxame" (em inglês, "brightest cluster galaxy", ou BCG).

Esta imagem do Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA mostra o enxame galáctico MACS J1206. Enxames como este têm massas gigantescas, e a sua gravidade é forte o suficiente para curvar o percurso da luz, como uma espécie de lupa cósmica. Estes enxames são ferramentas úteis para o estudo de objetos muito distantes, porque este comportamento tipo-lupa amplia a luz de galáxias de fundo. Também contribuem para vários tópicos da cosmologia, pois a natureza precisa das imagens das lentes gravitacionais contém informações sobre as propriedades do espaço-tempo, sobre a expansão do cosmos e sobre a distribuição da matéria escura no enxame. Este é um de 25 enxames estudados como parte do programa CLASH (Cluster Lensing and Supernova survey with Hubble), um grande projeto para construir uma biblioteca de dados científicos sobre enxames com efeito de lente gravitacional.Crédito: NASA, ESA, M. Postman (STScI) 
O modelo padrão da matéria escura (modelo da matéria escura fria) prevê que assim que um enxame galáctico regresse a um estado "relaxado" após sofrer turbulência de um evento de fusão, a BCG não se move do centro do enxame. É mantida no lugar pela enorme influência gravitacional da matéria escura. Mas agora, uma equipa de astrónomos suíços, franceses e britânicos analisou dez enxames galácticos com o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA e descobriu que as suas BCGs não estão fixas no centro como esperado. 

Os dados do Hubble indicam que "oscilam" em torno do centro de massa de cada enxame muito tempo depois do enxame galáctico regressar a um estado relaxado após uma fusão. Por outras palavras, o centro das partes visíveis de cada enxame galáctico e o centro da massa total do enxame - incluindo o halo de matéria escura - não coincidem, até um máximo de 40.000 anos-luz. 

"Descobrimos que as BCGs oscilam em torno do centro dos halos," explica David Harvey, astrónomo da EPFL (École polytechnique fédérale de Lausanne), Suíça, e autor principal do artigo. "Iso indica que, ao invés de uma região densa no centro do enxame de galáxias, conforme previsto pelo modelo da matéria escura fria, há uma densidade central muito menor. Este é um sinal impressionante de formas exóticas da matéria escura no coração dos enxames galácticos." 

O enorme enxame galáctico no centro desta imagem contém tanta matéria escura que a sua gravidade curva a luz de objetos mais distantes. Isto significa que para galáxias muito distantes no fundo, o campo gravitacional do enxame atua como uma espécie de lupa cósmica, dobrando e concentrando a luz de objetos distantes na direção do Hubble. Estas lentes gravitacionais são uma ferramenta que os astrónomos podem usar para alargar a visão do Hubble além do que seria normalmente capaz de observar. Desde modo, algumas das primeiras galáxias do Universo podem ser estudadas pelos astrónomos. O efeito de lente também pode ser usado para determinar a distribuição da matéria - tanto matéria normal quando matéria escura - no enxame.Crédito: NASA, ESA, J. Richard (CRAL) e J.-P. Kneib (LAM). Reconhecimento: Marc Postman (STScI)

A oscilação das BCGs só podia ser analisada caso os enxames galácticos estudados também atuassem como lentes gravitacionais. São tão massivos que distorcem o espaço-tempo o suficiente para curvar a luz de objetos mais distantes por trás. Este efeito, chamado lente gravitacional forte, pode ser usado para mapear a matéria escura associada com o enxame, permitindo que os astrónomos determinem a posição exata do centro de massa e depois meçam o deslocamento da BCG em relação a esse centro. 
Se esta "oscilação" não é um fenómeno astrofísico desconhecido e for, de facto, o resultado do comportamento da matéria escura, então é inconsistente com o modelo padrão da matéria escura e só pode ser explicado caso as partículas de matéria escura possam interagir umas com as outras - uma forte contradição da compreensão atual da matéria escura. Isto poderá indicar que é necessária uma nova física fundamental para resolver o mistério da matéria escura. 

O coautor Frederic Courbin, também da EPFL, conclui: "estamos ansiosos por levantamentos maiores - como o levantamento Euclides - que irá ampliar o nosso conjunto de dados. Podemos então determinar se a oscilação das BCGs é o resultado de um fenómeno astrofísico novo ou de uma nova física fundamental. Ambos os quais seriam excitantes!"