Astrônomos descobrem uma estranha galáxia após novas observações de alta resolução. Ela parece fraca, fofa e sua matéria escura não é tão onipresente.

Três anos atrás, Filippo Fraternali e seus colegas avistaram meia dúzia de galáxias misteriosamente difusas, que pareciam grandes cidades de estrelas e gás. Mas, ao contrário de quase todas as outras galáxias já vistas – incluindo a nossa Via Láctea – elas não pareciam estar envoltas em enormes massas de matéria escura, que normalmente manteriam essas metrópoles estelares juntas com sua gravidade. Os cientistas escolheram uma galáxia de tamanho modesto a cerca de 250.000 anos-luz de distância, e apontaram as 27 antenas de radiotelescópio do Very Large Array no Novo México.

Depois de coletar 40 horas de dados, eles mapearam as estrelas e o gás e confirmaram o que os instantâneos anteriores haviam sugerido: “O conteúdo de matéria escura que inferimos nesta galáxia é muito, muito menor do que você esperaria”, diz Fraternali, astrônomo do Kapteyn Astronomical Institute da Universidade de Groningen, na Holanda. Se a equipe ou seus concorrentes encontrarem outras galáxias, isso pode representar um desafio para a visão dos cientistas sobre a matéria escura, a perspectiva dominante no campo por pelo menos 20 anos. Fraternali e sua equipe publicaram suas descobertas em dezembro na Revista mensal da Sociedade Real de Astronomia.  (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)

Com base em décadas de observações de telescópios e simulações de computador, os cientistas passaram a pensar na matéria escura como o esqueleto oculto do cosmos; suas “juntas” são aglomerados maciços de partículas invisíveis que hospedam galáxias grandes e pequenas. Mas Fraternali não é o primeiro a vislumbrar uma exceção a essa regra. Alguns anos atrás, Pieter van Dokkum, astrônomo de Yale, e seus

colegas descobriram galáxias semelhantes com o telescópio Hubble que também pareciam não ter matéria escura. “Essas galáxias que encontramos em 2018 criaram muita controvérsia, discussão e trabalho de acompanhamento porque eram inesperadas e difíceis de explicar”, diz van Dokkum.Essas outras galáxias viviam em um ambiente lotado, onde galáxias vizinhas maiores frequentemente voam, possivelmente puxando a matéria escura com elas. Em contraste, a galáxia de Fraternali é bastante isolada, sem vizinhos incômodos, então sua escassez de matéria escura não pode ser explicada dessa maneira. “Pode ser muito significativo”, diz van Dokkum. “Como você junta estrelas e gás nesse local sem a ajuda da matéria escura?”

Esses objetos estranhos passaram a ser chamados de “galáxias ultradifusas”. Eles são extremos: em termos de massa, são minúsculos, mas estão espalhados por grandes distâncias. Algumas são tão grandes quanto a Via Láctea, mas com apenas um centésimo de estrelas – ou até menos. Eles estão tão perto de serem transparentes que são difíceis de espionar no céu noturno. “Eles são um pouco mais fracos no centro, então são difíceis de detectar. Agora, com melhores telescópios e observações mais profundas, elas se tornaram mais conhecidas”, diz Mireia Montes, astrônoma do Space Telescope Science Institute em Baltimore e especialista em tais galáxias.

A partir da década de 1960, a astrônoma americana Vera Rubin e outros revelaram pela primeira vez a provável existência de matéria invisível, ou “escura”, ao medir a velocidade com que as estrelas nas galáxias giram em torno do centro, mostrando que as estrelas internas orbitam em velocidades diferentes das externas. Com base na rotação dessas estrelas, os cientistas calcularam quanta massa a galáxia deve ter para mantê-las em órbita constante, em vez de serem lançadas no espaço. Para muitas galáxias, essa massa era muitas vezes maior do que a de todas as estrelas somadas. Os cientistas resolveram o problema inferindo a presença de algum tipo de matéria escura, que não emite nem reflete luz, e que deve estar compondo o restante da massa que mantém a galáxia unida.

Mas as medições de Fraternali e sua equipe mostram que, para sua galáxia extremamente difusa, não há necessidade de invocar a matéria escura. As velocidades de rotação que eles medem combinam totalmente com a massa das estrelas e nuvens de gás que observaram, sem exigir nenhuma massa extra que não pode ser vista. Montes e seu grupo de pesquisa pretendem estudar essas galáxias, inclusive em seus arredores, com mais detalhes caso haja matéria faltante que Fraternali não tenha detectado. Mas pelo menos por enquanto, essa galáxia fantasmagórica continua sendo um enigma.

Fraternali aponta que sua galáxia, conhecida como AGC 114905, tem um grande fator X: é inclinada. Algumas galáxias têm a forma de discos voadores e, se os telescópios da Terra podem vê-las de lado, isso facilita a observação dos astrônomos. Eles podem ver as estrelas em órbita de um lado do disco galáctico se movendo em nossa direção e as do outro lado orbitando para longe de nós. Se eles podem medir a velocidade dessas estrelas, eles podem estimar a massa da galáxia – e descobrir se parte do total deve ser composto de matéria escura. Mas Fraternali calcula que o AGC 114905 está inclinada em pouco mais de 30 graus, então os astrônomos precisam corrigir suas medidas de massa para explicar essa inclinação. Se eles estiverem errados sobre esse grau de inclinação, suas medições podem deixar muito espaço para a matéria escura.

Mas supondo que a equipe esteja certa, ainda não está claro exatamente que tipo de exceção sua galáxia pode ser. É um objeto cósmico realmente estranho que ninguém entende? Ou é um prenúncio de problemas maiores para as teorias da matéria escura?

Até agora, não se encaixa em nenhuma das explicações propostas para as origens das galáxias ultra-difusas. Alguns astrônomos especulam que uma galáxia de matéria escura tão baixa pode ser o remanescente de um par de galáxias maiores puxando uma à outra com sua força gravitacional durante um voo próximo, deixando uma bolha inchada de estrelas e gás em seu rastro. Mas não há galáxia gigante ao lado, então isso não explica, diz van Dokkum.

Outra teoria é que poderia ser o remanescente de explosões estelares passadas. Todas as estrelas eventualmente morrem, e algumas se apagam com um estrondo, transformando-se em supernova. Com o tempo, as supernovas podem espalhar partes de uma galáxia, expelindo matéria, incluindo nuvens de gás. Mas esse não é o caso do AGC 114905, diz Fraternali, pois ainda está cheio de muito gás, que serve como material de construção e combustível para novas estrelas. E se a galáxia costumava ser muito mais concentrada eras atrás, seria de esperar que sobrassem muitos aglomerados compactos de estrelas hoje, indicadores de um passado mais denso. Mas a galáxia carece de muitos aglomerados como esse, diz van Dokkum. 

Na verdade, o AGC 114905 não parece se encaixar em nenhum modelo que inclua matéria escura. Durante décadas, cientistas como Laura Sales, uma astrofísica da UC Riverside, simularam o cosmos em computadores poderosos, tentando mostrar como os modelos de matéria escura podem reproduzir a miríade de galáxias que os astrônomos observam com seus telescópios. “Nós analisamos rapidamente nossas simulações e não temos algo como essa galáxia”, diz ela.

Em vez disso, a galáxia de Fraternali e outras como ela podem apontar para a necessidade de alternativas à matéria escura. Quando os cientistas inferem a presença de matéria oculta à espreita, eles estão fazendo suposições sobre como a gravidade funciona.