As incríveis colisões que permitem estudar as galáxias mais antigas do Universo

O espaço pode ser um lugar extremamente violento. Asteroides e cometas se chocam com planetas, estrelas explodem ou acabam até mesmo “rasgadas” por buracos negros. Mas nada se compara, em “brutalidade”, às colisões entre galáxias.

O cosmo tem aglomerados que podem conter centenas delas, cada uma com bilhões ou mesmo trilhões de estrelas, todas emaranhadas pela gravidade. Quando um desses grupos gigantescos de galáxias chega muito perto de outro, essa força os “gruda”. E as colisões são gigantescas, gerando mais energia que qualquer outro evento desde o Big Bang.

Uma das mais famosas colisões é o Bullet Cluster (em tradução livre, algo como “aglomerado bala”, no sentido de projétil de arma mesmo), formado por mais de mil galáxias de dois grupos. O impacto entre eles criou uma onda de choque em forma de bala, daí o nome.

Sim, o visual é impressionante. Mas os astrônomos não estão apenas admirando o espetáculo: o que chamou sua atenção foi o fato de que as colisões revelaram um produto invisível: a chamada matéria negra.

Ela é, segundo os cientistas, a cola que mantém os emaranhados juntos, formando a fundação gravitacional de estrelas, gases e galáxias pelo universo. Responde por 25% do cosmos, mas é invisível e ninguém sabe exatamente do que é feita.

Cem trilhões

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Mas graças ao Bullet Cluster, cientistas agora podem assistir “de camarote” ao mistério. A colisão expôs a matéria negra, separando-a de estrelas e gases, produzindo ainda uma prova direta da existência dessa “cola”.

“É meu objeto favorito no universo”, diz Marusa Bradac, astrofísica da Universidade da Califórnia.

Os aglomerados não apenas revelam a matéria negra para os cientistas. São uma ferramenta versátil, que os ajuda a estudar algumas das primeiras galáxias que existiram. São também um laboratório cósmico, no qual os pesquisadores podem analisar o comportamento de um quente e energizado gás chamado plasma.

O Bullet Cluster está a 3,7 bilhões de anos-luz da Terra. Consiste em dois aglomerados diferentes que chocam-se em velocidades da ordem de 10 milhões km/h. Rápido para padrões humanos, mas nada demais em termos cósmicos, já que há estrelas no universo que se movem ainda mais rápido.

Mas tamanho é documento na hora das colisões. Um dos aglomerados tem massa um quatrilhão de vezes maior que o sol. O outro, “apenas” 100 trilhões. Quando dois pesos-pesados dessa magnitude colidem, a temperatura dos gases que os compõem aumenta para casa dos 200 milhões de graus.

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Cientistas estimam que a energia liberada pelas colisões chega a oito decilhões de Joules. É o equivalente à energia produzida por seis trilhões de sóis queimando desde o início do Universo – 13.8 bilhões de anos.

A colisão é vasta em termos de tempo e espaço. Um raio de luz levaria 6 milhões de anos para cruzar os emaranhados de cabo a rabo.

O choque que vemos hoje ocorreu há pelo menos 150 milhões de anos, algo recente em termos cósmicos. Isso dá aos astrônomos uma chance sem precedentes de espiar algo em progresso – as batidas continuarão acontecendo por pelo menos mais alguns bilhões de anos.

Mas é posição do Bullet Cluster que o torna ainda mais único. Por coincidência, a colisão está alinhada perpendicularmente à nossa linha de visão. “Somos espectadores vendo tudo acontecer de lado”, diz Andrey Kravstov, astrofísico da Universidade de Chicago.

Com os melhores lugares da casa, os astrônomos podem examinar essa colisão com mais precisão do que qualquer outro aglomerado já localizado. Isso possibilitou que eles detectassem diretamente a matéria negra pela primeira vez.

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Em 2006, um time de astrônomos liderados por Bradac analisou dados enviados pelos telescópios espaciais Hubble e Chandra – este último que “vê” em raios-X, algo crucial para mapear os locais em que matéria normal está situada nesses aglomerados.

A vasta maioria deles consiste de gás. E são tão massivos que a gravidade puxa fortemente as moléculas de gás, acelerando e aquecendo, o que as faz emitir raios-X. Aglomerados em colisão aceleram ainda mais esse gás, gerando raios-X mais energizados. Isso significa que os raios podem revelar aos astrônomos onde está a matéria normal.

Usando os dados do Hubble, os astrônomos puderam mapear a distribuição da massa do aglomerado. Tudo com massa, seja normal ou matéria negra, tem gravidade e pode distorcer a luz de galáxias ao fundo. Quanto maior a massa, mais forte essa distorção ocorre.

Universo jovem

Unindo essas observações, os astrônomos descobriram que a maior parte da massa não estava junto ao gás. Cerca de 80% da massa do Bullet Cluster estava concentrada em uma região que não tinha o maior brilho. E se essa massa não era gás, só podia ser matéria negra.

O fato de os astrônomos estarem observando o aglomerado em meio à colisão permite que eles observem o seguinte fenômeno: nuvens de gás “freiam” umas às outras e isso faz com que a matéria negra simplesmente passe de um lado para outro. Com isso, os cientistas puderam analisá-la de forma isolada pela primeira vez na história.

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Como conceito, a matéria negra existe desde os anos 30. Mas quase todas as linhas de evidência tinham sido indiretas.

Por exemplo: algumas galáxias giram tão rápido que deveriam estar “voando” pelo céu. Algo como a matéria negra deve estar puxando as estrelas, “segurando” tudo. Sem evidências diretas, porém, havia espaço para duvidar se essa matéria realmente existia.

Alguns cientistas, por exemplo, argumentavam que o problema era uma falta de “atualização” da lei da gravidade como a conhecemos.

“Mas quando os resultados do Bullet Cluster foram analisados, ficou bastante claro que as propriedades da matéria que vimos eram diferentes de tudo o que conhecemos na Terra. Modificações na Teoria da Gravidade não poderiam explicar a separação entre a matéria e o gás”, afirma Bradac.

Mas saber que a matéria negra existe não é o suficiente: cientistas querem saber o que ela é. A hipótese é que seja feita de partículas ainda desconhecidas pelo homem, que não interagem com partículas normais ou produzem qualquer tipo de radiação – o que explicaria por que são tão difíceis de identificar.

E, de acordo com as mais populares teorias sobre a matéria negra, essas partículas sequer interagem umas com as outras.

Uma forma de tentar determinar isso é colidir as partículas entre si. E isso os cientistas conseguem fazer sem o trabalho faraônico de tentar construir um colisor de matéria negra: esses choques estão acontecendo no Bullet Cluster. As galáxias dos dois aglomerados estão incrustradas em matéria negra, logo, matéria negra também “bate” quando as colisões ocorrem.

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“O Bullet Cluster fornece algumas das melhores medições já vistas. Conseguimos até descobrir algumas propriedades da matéria escura, o que não conseguíamos fazer antes”, diz Bradac.

Claro, mais dados são necessários. A cientista é parte de um time nos EUA que está estudando 25 outras galáxias em colisão. A esperança é que em alguns anos eles saibam definitivamente se a matéria escura está ou não interagindo.

Mas o Bullet Cluster também serve com uma imensa lente para o passado. Por ser tão massivo, o aglomerado tem uma gravidade que distorce os raios vindo das galáxias. Isso faz com que elas sejam ampliadas e possam ser melhor examinadas.

E essas galáxias distantes são importantes porque fazem parte das primeiras a serem formadas no Universo.

Sendo assim, o Bullet Cluster oferece uma visão do Universo jovem e sobre a formação das galáxias, algo raríssimo.

Kravtsov diz que aglomerados desse tamanho passam por apenas uma ou duas grandes colisões em sua existência inteira. Mas astrônomos estão à procura de outros, com o auxílio de dois telescópios baseados no Chile. Matematicamente, devem haver centenas de milhares de aglomerados pelo menos 100 trilhões de vezes maiores que o Sol espalhados pelo universo.

Por enquanto, porém, temos apenas o Bullet Cluster.

via http://www.bbc.com/

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