1164: Terra pode estar cercada de matéria escura ‘cabeluda’

CIÊNCIA

© Concepção artística da Terra e de filamentos de matéria escura ao seu redor: elemento importante para o estudo desse componente do universo. Crédito: NASA/JPL-Caltech Terra pode estar cercada de matéria escura ‘cabeluda’

O Sistema Solar pode ser muito mais “cabeludo” do que pensávamos. A ilustração acima mostra a Terra cercada por filamentos teóricos de matéria escura chamados de “cabelos”.

A matéria escura é uma substância invisível e misteriosa que constitui cerca de 27% de toda a matéria e energia do universo. A matéria normal, que constitui tudo o que podemos ver ao nosso redor, constitui apenas 5% do universo. O resto é energia escura, um estranho fenómeno associado à aceleração de nosso universo em expansão.

Os dados sobre a matéria escura cabeluda são baseados em um estudo de Gary Prézeau, do Laboratório de Propulsão a Jacto (JPL) da NASA, que apareceu num artigo de 2015 no “Astrophysical Journal”.

Chocolate e sorvete de baunilha

De acordo com cálculos feitos nos anos 1990 e simulações realizadas na década seguinte, a matéria escura forma “fluxos de granulação fina” de partículas que se movem na mesma velocidade e orbitam galáxias como a nossa.

“Um fluxo pode ser muito maior do que o próprio Sistema Solar, e há muitos fluxos diferentes cruzando nossa vizinhança galáctica”, disse Prézeau.

Ele comparou a formação de fluxos finos de matéria escura à mistura de chocolate e sorvete de baunilha. Se agitar uma colher de cada um junto algumas vezes, você obterá um padrão misto, mas ainda poderá ver as cores individuais.

“Quando a gravidade interage com o gás frio da matéria escura durante a formação da galáxia, todas as partículas dentro de uma corrente continuam viajando na mesma velocidade”, disse Prézeau.

Mas o que acontece quando uma dessas correntes se aproxima de um planeta como a Terra? Prézeau usou simulações de computador para descobrir.

Sua análise descobriu que quando um fluxo de matéria escura atravessa um planeta, as partículas do fluxo se concentram em um filamento ultra-denso, ou “cabelo”, de matéria escura. Na verdade, deve haver muitos desses pelos brotando da Terra.

Raízes e pontas

Um fluxo de matéria comum não passaria pela Terra e sairia do outro lado. Mas, do ponto de vista da matéria escura, a Terra não é um obstáculo. De acordo com as simulações de Prézeau, a gravidade terrestre focalizaria e dobraria o fluxo de partículas de matéria escura em um fio de cabelo estreito e denso.

Os cabelos que emergem de planetas têm “raízes”, a concentração mais densa de partículas de matéria escura no cabelo, e “pontas”, onde termina o cabelo. Quando as partículas de um fluxo de matéria escura passam pelo núcleo da Terra, elas se concentram na “raiz” de um fio de cabelo, onde a densidade das partículas é cerca de 1 bilhão de vezes maior do que a média.

A raiz de tal fio de cabelo deve estar a cerca de 1 milhão de quilómetros de distância da superfície, ou o dobro da Lua. As partículas do fluxo que tocam a superfície da Terra formarão a ponta do cabelo, cerca de duas vezes mais distante da Terra do que a raiz do cabelo.

“Se pudéssemos localizar a raiz desses fios de cabelo, poderíamos enviar uma sonda para lá e obter uma abundância de dados sobre a matéria escura”, disse Prézeau.

Mapeamento de camadas

Um fluxo que passa pelo núcleo de Júpiter produziria raízes ainda mais densas. Elas seriam quase 1 trilião de vezes mais densas do que o fluxo original, de acordo com as simulações de Prézeau.

Outra descoberta fascinante dessas simulações de computador é que as mudanças na densidade encontradas dentro do nosso planeta – do núcleo interno ao externo, do manto à crosta – seriam reflectidas nos cabelos. Esses fios teriam “torções” que correspondem às transições entre as diferentes camadas da Terra.

Teoricamente, se fosse possível obter essa informação, os cientistas poderiam usar fios de cabelo de matéria escura e fria para mapear as camadas de qualquer corpo planetário. Seria possível até mesmo inferir as profundezas dos oceanos em luas geladas.

MSN
Revista Planeta
04.06.2022


 

599: Cientistas descobrem como as galáxias podem existir sem matéria escura

CIÊNCIA/ASTRONOMIA/ASTROFÍSICA

Distribuição da matéria escura num grupo de galáxias simuladas, com áreas mais brilhantes mostrando maiores concentrações de matéria escura. Os círculos mostram ampliações da luz estelar associada a duas galáxias sem matéria escura. Se estas galáxias tivessem matéria escura, apareceriam como regiões brilhantes na imagem principal.
Crédito: Moreno et al.

Num novo estudo publicado na revista Nature Astronomy, uma equipa internacional liderada por astrofísicos da Universidade da Califórnia, em Irvine, e da Universidade Pomona relatam como, quando galáxias minúsculas colidem com galáxias maiores, as galáxias maiores podem despojar as galáxias mais pequenas da sua matéria escura – matéria que não podemos ver directamente, mas que os astrofísicos pensam que deve existir porque, sem os seus efeitos gravitacionais, não poderiam explicar coisas como os movimentos das estrelas de uma galáxia.

É um mecanismo que tem o potencial de explicar como as galáxias poderiam ser capazes de existir sem matéria escura – algo que outrora se pensava impossível.

Tudo começou em 2018 quando os astrofísicos Shany Danieli e Pieter van Dokkum da Universidade de Princeton e da Universidade de Yale observaram duas galáxias que pareciam existir sem a maior parte da sua matéria escura.

“Esperávamos grandes fracções de matéria escura,” disse Danieli, co-autora do estudo mais recente. “Foi bastante surpreendente e tivemos muita sorte, para dizer a verdade.”

A feliz descoberta, que van Dokkum e Danieli relataram num artigo na revista Nature em 2018 e noutro publicado em 2020 na revista The Astrophysical Journal Letters, abalou o paradigma das galáxias necessitarem de matéria escura, potencialmente acabando com o que os astrofísicos tinham vindo a ver como um modelo padrão para a forma como as galáxias funcionam.

“Ao longo dos últimos 40 anos, foi estabelecido que as galáxias têm matéria escura,” disse Jorge Moreno, professor de astronomia na Universidade Pomona, que é o autor principal do novo artigo. “Em particular, as galáxias de baixa massa tendem a ter fracções significativamente mais elevadas de matéria escura, o que torna a descoberta de Danieli bastante surpreendente. Para muitos de nós, isto significa que o nosso entendimento actual de como a matéria escura ajuda as galáxias a crescer, necessitava de uma revisão urgente.”

A equipa correu modelos informáticos que simularam a evolução de uma área do Universo – com cerca de 60 milhões de anos-luz de diâmetro – começando logo após o Big Bang e indo até ao presente.

A equipa encontrou sete galáxias desprovidas de matéria escura. Após várias colisões com galáxias vizinhas 1000 vezes mais massivas, foram despojadas da maior parte do seu material, deixando para trás nada mais do que estrelas e alguma matéria escura residual.

“Foi pura serendipidade,” disse Moreno. “No momento em que fiz as primeiras imagens, partilhei-as imediatamente com Danieli e convidei-a a colaborar.”

Robert Feldmann, professor da Universidade de Zurique que concebeu a nova simulação, disse que “este trabalho teórico mostra que as galáxias com deficiência de matéria escura devem ser muito comuns, especialmente nas proximidades de galáxias massivas.”

James Bullock da Universidade da Califórnia em Irvine, astrofísico que é especialista de renome mundial em galáxias de baixa massa, descreveu como ele e a equipa não construíram o seu modelo apenas para poderem criar galáxias sem matéria escura – algo que ele disse torna o modelo mais forte, porque não foi concebido de forma alguma para criar as colisões que acabaram por encontrar. “Não pressupomos as interacções,” disse Bullock.

Confirmar que as galáxias sem matéria escura podem ser explicadas num Universo onde há muita matéria escura é um suspiro de alívio para investigadores como Bullock, cuja carreira e tudo o que descobriu depende da matéria escura ser a coisa que faz com que as galáxias se comportem da forma como se comportam.

“A observação de que existem galáxias sem matéria escura tem sido um pouco preocupante para mim,” disse Bullock. “Temos um modelo de sucesso, desenvolvido ao longo de décadas de trabalho árduo, onde a maior parte da matéria do cosmos é escura. Há sempre a possibilidade de que a natureza nos tem enganado.”

Mas, disse Moreno, “não é preciso livrarmo-nos do paradigma padrão da matéria escura.”

Agora que os astrofísicos sabem como uma galáxia pode perder a sua matéria escura, Moreno e colaboradores esperam que as descobertas inspirem os investigadores que olham para o céu nocturno a procurar galáxias massivas do mundo real que possam estar no processo de retirar matéria escura a galáxias mais pequenas.

“Ainda não significa que este modelo esteja certo,” disse Bullock. “Um verdadeiro teste será ver se estas coisas existem com a frequência e com as características gerais que correspondem às nossas previsões.”

Astronomia On-line
18 de Fevereiro de 2022



 

533: Como pode ser medida a matéria escura no Sistema Solar

CIÊNCIA/ASTROFÍSICA

Nesta impressão de artista, a nave espacial Voyager 1 da NASA tem uma vista geral do Sistema Solar. Os círculos representam as órbitas dos grandes planetas exteriores: Júpiter, Saturno, Úrano e Neptuno. Lançada em 1977, a Voyager 1 visitou os planetas Júpiter e Saturno. A nave está agora a mais de 22 mil milhões de quilómetros da Terra, tornando-a o objecto mais longínquo jamais construído pelo homem. De facto, a Voyager 1 está agora a viajar através do espaço interestelar, a região entre as estrelas que está cheia de gás, poeira e material reciclado de estrelas moribundas.
Crédito: NASA, ESA e G. Bacon (STScI)

As fotos da Via Láctea mostram milhares de milhões de estrelas dispostas em espiral irradiando do centro, com gás iluminado no meio. Mas os nossos olhos só conseguem vislumbrar a superfície do que mantém a nossa galáxia unida. Cerca de 95% da massa da nossa Galáxia é invisível e não interage com a luz. É feita de uma substância misteriosa chamada matéria escura, que nunca foi medida directamente.

Agora, um novo estudo calcula como a gravidade da matéria escura afecta objectos no nosso Sistema Solar, incluindo naves espaciais e cometas distantes. Também propõe uma forma da influência da matéria escura poder ser directamente observada com uma experiência futura. O artigo foi publicado na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

“Estamos a prever que se nos afastarmos longe o suficiente no Sistema Solar, temos realmente a oportunidade de começar a medir a força da matéria escura,” disse Jim Green, co-autor do estudo e conselheiro do Gabinete do Cientista Chefe da NASA. “Esta é a primeira ideia de como o fazer e onde o faríamos.”

Matéria escura no nosso “quintal”

Aqui na Terra, a gravidade do nosso planeta impede-nos de voar para fora das nossas cadeiras, e a gravidade do Sol mantém o nosso planeta em órbita num calendário de 365 dias. Mas quanto mais longe do Sol estiver uma nave espacial, menos vai sentir a sua gravidade, sentindo cada vez mais uma fonte diferente de gravidade: a da matéria do resto da Galáxia, que é na sua maioria matéria escura. A massa das 100 mil milhões de estrelas da nossa Galáxia é minúscula em comparação com as estimativas do conteúdo de matéria escura da Via Láctea.

Para compreender a influência da matéria escura no Sistema Solar, o autor principal Edward Belbruno calculou a “força galáctica”, a força gravitacional global da matéria normal combinada com a matéria escura de toda a Galáxia. Ele descobriu que no Sistema Solar, cerca de 45% desta força é da matéria escura e 55% é da matéria normal, a chamada “matéria bariónica”. Isto sugere uma divisão aproximada entre a massa da matéria escura e a matéria normal no Sistema Solar.

“Fiquei um pouco surpreendido com a contribuição relativamente pequena da força galáctica devido à matéria escura sentida no nosso Sistema Solar em comparação com a força devida à matéria normal,” disse Belbruno, matemático e astrofísico da Universidade de Princeton e da Universidade Yeshiva. “Isto é explicado pelo facto da maior parte da matéria escura se encontrar nas partes exteriores da nossa Galáxia, longe do nosso Sistema Solar.”

Uma grande região chamada “halo” de matéria escura rodeia a Via Láctea e representa a maior concentração de matéria escura da Galáxia. Há pouca ou nenhuma matéria normal no halo. Os autores disseram que se o Sistema Solar estivesse localizado a uma distância maior do centro da Galáxia, que sentiria os efeitos de uma maior proporção de matéria escura na força galáctica porque estaria mais próximo do halo de matéria escura.

Como a matéria escura pode influenciar as naves espaciais

De acordo com o novo estudo, Green e Belbruno preveem que a gravidade da matéria escura interage muito ligeiramente com todas as naves espaciais que a NASA enviou para muito longe no Sistema Solar.

“Se as naves espaciais se moverem através da matéria escura o tempo suficiente, as suas trajectórias mudam, e isto é importante para ter em consideração no planeamento de certas missões futuras,” disse Belbruno.

Tais naves podem incluir as aposentadas Pioneer 10 e 11 que foram lançadas em 1972 e 1973, respectivamente; as sondas Voyager 1 e 2 que têm vindo a explorar há mais de 40 anos e que entraram no espaço interestelar; e a nave New Horizons que passou por Plutão e Arrokoth na Cintura de Kuiper.

Mas é um efeito minúsculo. Depois de viajar milhares de milhões de quilómetros, o percurso de uma sonda como a Pioneer 10 só se desviaria cerca de 1,6 metros devido à influência da matéria escura. “Elas sentem o efeito da matéria escura, mas é tão pequeno que não podemos medi-lo,” disse Green.

Onde é que a força galáctica toma o controlo?

A uma certa distância do Sol, a força galáctica torna-se mais poderosa do que a atracção da nossa estrela, que é feita de matéria normal. Belbruno e Green calcularam que esta transição ocorre a cerca de 30.000 unidades astronómicas, ou 30.000 vezes a distância da Terra ao Sol. Isto está muito além da distância de Plutão, mas ainda dentro da Nuvem de Oort, um enxame de milhões de cometas que envolve o nosso Sistema Solar e que se estende até 100.000 unidades astronómicas.

Isto significa que a gravidade da matéria escura poderia ter desempenhado um papel na trajectória de objectos como ‘Oumuamua, o cometa ou asteroide em forma de charuto que veio de outro sistema estelar e que passou pelo Sistema Solar interior em 2017. A sua velocidade invulgarmente alta poderia ser explicada pela gravidade da matéria escura que o empurrava durante milhões de anos, dizem os autores.

A existir um planeta gigante nos cantos mais recônditos do Sistema Solar, um objecto hipotético chamado Planeta 9 ou Planeta X que os cientistas têm procurado nos últimos anos, a matéria escura também influenciaria a sua órbita. Se este planeta existir, a matéria escura poderia talvez até afastá-lo da área onde os cientistas o procuram actualmente, escrevem Green e Belbruno. A matéria escura pode também ter feito com que alguns dos cometas da Nuvem de Oort escapassem por completo à órbita do Sol.

Será que podemos medir a gravidade da matéria escura?

Para medir os efeitos da matéria escura no Sistema Solar, uma sonda espacial não teria necessariamente de viajar para assim tão longe. A uma distância de 100 UA, uma nave espacial com os instrumentos certos poderia ajudar os astrónomos a medir directamente a influência da matéria escura, disseram Green e Belbruno.

Especificamente, uma sonda alimentada a energia radio-isotópica – uma tecnologia que permitiu à Pioneer 10 e 11, às Voyager e à New Horizons voar para muito longe do Sol – pode ser capaz de fazer esta medição. Uma nave espacial deste tipo poderia transportar uma bola reflectora e largá-la a uma distância apropriada. A esfera sentiria apenas forças galácticas, enquanto a nave espacial sentiria uma força térmica do elemento radioactivo em decomposição no seu sistema de energia, para além das forças galácticas. Subtraindo a força térmica, os investigadores poderiam então observar como a força galáctica se relaciona com os desvios nas respectivas trajectórias da esfera e da nave espacial. Esses desvios seriam medidos com um laser, uma vez que os dois objectos voavam paralelamente um ao outro.

Um conceito proposto de missão chamada Interstellar Probe, que visa viajar até 500 UA do Sol para explorar esse ambiente desconhecido, é uma possibilidade para uma tal experiência.

Mais sobre a matéria escura

A matéria escura é uma massa oculta nas galáxias que foi proposta pela primeira vez na década de 1930 por Fritz Zwicky. Mas a ideia permaneceu controversa até às décadas de 1960 e 1970, quando Vera C. Rubin e colegas confirmaram que os movimentos das estrelas em torno dos seus centros galácticos não seguiriam as leis da física se apenas matéria normal estivesse envolvida. Só uma gigantesca fonte oculta de massa pode explicar porque é que estrelas na periferia das galáxias espirais como a nossa se movem tão rapidamente.

Actualmente, a natureza da matéria escura é um dos maiores mistérios de toda a astrofísica. Observatórios poderosos com o Telescópio Espacial Hubble e o Observatório de raios-X Chandra ajudaram os cientistas a começar a compreender a influência e a distribuição da matéria escura no Universo em geral. O Hubble tem explorado muitas galáxias cuja matéria escura contribui para um efeito chamado “lente”, onde a gravidade curva o próprio espaço e amplia imagens de galáxias mais distantes.

Os astrónomos vão aprender mais sobre a matéria escura no cosmos com o mais recente conjunto de telescópios topo de gama. O Telescópio Espacial James Webb, lançado no dia 25 de Dezembro de 2021, vai contribuir para a nossa compreensão da matéria escura ao recolher imagens e outros dados de galáxias e ao observar os seus efeitos de lente. O Telescópio Espacial Nancy Grace Roman, com lançamento previsto para meados desta década, vai realizar levantamentos de mais de mil milhões de galáxias para analisar a influência da matéria escura nas suas formas e distribuições.

A missão Euclid da ESA também vai ter como alvo a matéria escura e a energia escura, olhando para trás no tempo cerca de 10 mil milhões de anos, até um período em que a energia escura começou a apressar a expansão do Universo. E o Observatório Vera C. Rubin, em construção no Chile, vai acrescentar dados valiosos a este puzzle da verdadeira essência da matéria escura.

Mas estes poderosos instrumentos estão concebidos para procurar os fortes efeitos da matéria escura através de grandes distâncias, muito mais longe do que no nosso Sistema Solar, onde a influência da matéria escura é muito mais fraca.

“Se pudéssemos enviar uma sonda para a detectar, isso seria uma enorme descoberta,” disse Belbruno.

Astronomia On-line
8 de Fevereiro de 2022

Web designer
HTML Programmer
Network Engineering and Computer Systems



 

397: Cientistas chocados. Há uma galáxia sem matéria negra

CIÊNCIA/ASTRONOMIA/MATÉRIA NEGRA

Cassiopeia Projec

As novas descobertas de galáxias ultra difusas podem vir a pôr em causa a teoria sobre a matéria negra, que define que esta está presente em 95% do Universo.

Até agora, acreditava-se que a energia negra e a matéria negra compunham quase 95% do nosso universo. Mas será que isto é verdade?

Uma nova descoberta, apresentada num estudo publicado em Dezembro no Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veio abalar esta ideia, com uma equipa de astrónomos a encontrar uma galáxia sem esta matéria.

A investigação começou há três anos, quando Filippo Fraternali, um astrónomo no Instituto Astronómico Kapteyn da Universidade de Groningen, e os seus colegas repararam pela primeira vez em algumas galáxias difusas que aparentavam não ter matéria negra.

Os cientistas decidiram examinar uma delas mais detalhadamente, que está a 250 mil anos-luz de distância, chamada AGC 114905, através das 27 antenas do telescópio de rádio do observatório Very Large Array, localizado no estado norte-americano do Novo México, escreve o Interesting Engineering.

Depois de uma longa e detalhada investigação, os astrónomos chegaram a uma conclusão. “O conteúdo de matéria negra que inferimos que existe nesta galáxia é muito, muito menor do que se esperaria”, afirma Fraternali.

Esta não é a primeira descoberta deste tipo, depois de Pieter van Dokkum e os seus colegas astrónomos da Universidade de Yale terem encontrado galáxias semelhantes que também não pareciam ter matéria negra em 2018, usado o telescópio Hubble.

As galáxias deste tipo são conhecidas como galáxias ultra difusas e estão tão extremamente separadas e têm tão poucas estrelas que são quase transparentes, o que dificulta imenso o seu estudo.

“São ligeiramente mais fracas no centro, por isso são difíceis de detectar. Agora com telescópios melhores e observações mais profundas, já se tornaram mais conhecidas”, revela a astrónoma Mireia Montes, especialista neste tipo de galáxias do Instituto de Ciência Telescópica Espacial, em Baltimore.

Estas novas descobertas podem vir a pôr em causa a teoria convencional sobre a matéria negra, mas ainda é cedo para se tirar conclusões. A esperança dos cientistas é que com investigações futuras, especialmente agora que o telescópio espacial James Webb já foi lançado e está a trabalhar, possamos obter mais informações sobre as galáxias ultra difusas.

  ZAP //

ZAP
15 Janeiro, 2022