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Onde está a matéria em falta do Universo?


Esta imagem ilustra a emissão de raios-X em torno de um conjunto de cinco galáxias que foram "empilhadas" juntas para mostrar os detalhes dos seus halos esféricos e gasosos. Foi criada por uma equipa de cientistas usando o observatório espacial XMM-Newton da ESA, com a emissão de raios-X destacada em roxo.
Compreende dois componentes: uma imagem de fundo de três cores de uma galáxia chamada NGC 5908 juntamente com estrelas circundantes do SDSS (Sloan Digital Sky Survey), e uma sobreposição empilhada combinando cinco galáxias diferentes observadas pelo XMM-Newton, visível como a névoa roxa que permeia a foto.
As cinco galáxias incluídas no conjunto de dados XMM-Newton são NGC 5908 (a mesma galáxia vista no fundo); UGC 12591, NGC 669, ESO 142-G019 e UGC A145; a equipe também observou NGC 550, mas essa galáxia não foi empilhada porque tinha um enxame de galáxias brilhantes logo atrás dela, dificultando a visualização de forma clara sem afetar os outros dados. A neblina roxa representa assim a emissão de raios-X de um halo tal como o que rodeia NGC 5908.
Todos os dados do XMM-Newton cobrem a faixa de energia de 0,5 a 1,25 keV e têm um tempo de exposição de aproximadamente 5 dias. As galáxias foram redimensionadas para a mesma distância e girada e reposicionadas para serem empilhadas com precisão. Cada foi suavizada, e as fontes de raios-X especialmente brilhantes que podem interferir na emissão galáctica foram mascaradas e suavizadas (ainda são visíveis manchas residuais).
Crédito: ESA/XMM-Newton; J-T. Li (Universidade de Michigan, EUA); SDSS

Através do observatório espacial XMM-Newton da ESA, os astrônomos sondaram os halos cheios de gás ao redor de galáxias, numa missão para encontrar material "desaparecido" que deveria aí residir, mas acabaram de mãos vazias - então, onde está?

Toda a matéria no Universo existe na forma de matéria "normal" ou na matéria escura notoriamente elusiva e invisível, sendo esta última cerca de seis vezes mais prolífica.

Curiosamente, os cientistas que estudam galáxias próximas descobriram, nos últimos anos, que estas contêm três vezes menos matéria normal do que o esperado, com a nossa própria galáxia Via Láctea a conter menos de metade da quantidade esperada.

"Isto tem sido um mistério há já muito tempo, e os cientistas empenharam muito esforço à procura dessa matéria em falta," diz Jiangtao Li, da Universidade de Michigan, EUA, autor principal do novo artigo.

"Porque é que não está nas galáxias - ou está lá, mas nós simplesmente não a conseguimos ver? Se não está lá, onde está? É importante resolver este enigma, pois é uma das partes mais incertas dos nossos modelos, tanto do Universo primitivo quanto de como as galáxias se formam."

Em vez de estar dentro da massa principal da galáxia, a matéria que pode ser observada oticamente, os pesquisadores pensaram que poderia estar numa região de gás quente que se estende mais para o espaço para formar o halo de uma galáxia.

Estes halos esféricos e quentes foram detetados antes, mas a região é tão fraca que é difícil observar em detalhe – a sua emissão de raios-X pode perder-se e ser indistinguível da radiação de fundo. Frequentemente, os cientistas observam uma pequena distância nessa região e extrapolam as suas descobertas, mas isto pode dar azo a resultados pouco claros e variados.

Jiangtao e os seus colegas queriam medir o gás quente a distâncias maiores, usando o observatório espacial XMM-Newton da ESA. Analisaram seis galáxias espirais semelhantes e combinaram os dados para criar uma galáxia com as suas propriedades médias.

"Ao fazer isso, o sinal da galáxia torna-se mais forte e o fundo de raios-X comporta-se melhor," acrescenta o coautor Joel Bregman, também da Universidade de Michigan.

"Fomos então capazes de ver a emissão de raios-X cerca de três vezes mais longe do que se observássemos uma única galáxia, o que tornou a nossa extrapolação mais precisa e confiável."

Galáxias espirais massivas e isoladas oferecem a melhor oportunidade de procurar por matéria perdida. Estas são maciças o suficiente para aquecer o gás a temperaturas de milhões de graus, de modo que emitem raios-X e evitam, em grande parte, a contaminação por outros materiais por meio da formação de estrelas ou de interações com outras galáxias.

Ainda desaparecida

Os resultados da equipe mostraram que o halo em torno das galáxias, como as que foram observadas, não pode conter todo o material que falta, afinal. Apesar de extrapolar para quase 30 vezes o raio da Via Láctea, quase três-quartos do material esperado ainda estava em falta.

Existem duas teorias alternativas principais sobre onde a matéria poderá estar: ou encontra-se armazenada noutra fase gasosa que é mal observada - talvez uma fase mais quente e mais ténue ou uma fase mais fria e mais densa - ou dentro de um trecho do espaço que não é coberto pelas nossas observações atuais, ou emite raios-X demasiado fracos para serem detetados.

De qualquer forma, uma vez que as galáxias não contêm material em falta suficiente, podem tê-lo ejetado para o espaço, talvez impulsionadas por injeções de energia de estrelas em explosão ou por buracos negros supermassivos.

"Este trabalho é importante para ajudar a criar modelos de galáxias mais realistas e, por sua vez, ajudar-nos a entender melhor como a nossa própria Galáxia se formou e evoluiu," diz Norbert Schartel, cientista do projeto XMM-Newton da ESA. "Este tipo de descoberta simplesmente não é possível sem a incrível sensibilidade do XMM-Newton."

"No futuro, os cientistas poderão adicionar ainda mais galáxias às nossas amostras de estudo e utilizar o XMM-Newton em colaboração com outros observatórios de alta energia, como o futuro Telescópio Avançado da ESA para Astrofísica de Alta Energia, Athena, para sondar partes densas das orlas externas de uma galáxia, enquanto continuamos a desvendar o mistério da matéria desaparecida do Universo."

FONTE: ASTRONOMIA ONLINE

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