Astrónomos identificam matéria escura de um milhão de massas solares na lente gravitacional JVAS B1938+666 a 7,3 bilhões de anos-luz

Em vez de procurar matéria escura “no escuro”, astrônomos usaram um truque cósmico: a própria gravidade como detector. Assim, eles identificaram um aglomerado denso e invisível de matéria dentro de uma galáxia cuja luz levou 7,3 bilhões de anos para chegar até nós.

O que exatamente é esse aglomerado ainda não está definido, mas o que chama atenção é o tamanho para a distância em que foi visto - cerca de um milhão de vezes a massa do Sol. Isso o torna o menor objeto já identificado pelo seu efeito gravitacional a distâncias cosmológicas, com uma margem de aproximadamente 100 vezes em relação ao recorde anterior.

"Este é o objeto de menor massa conhecido por nós, por duas ordens de magnitude, a ser detectado a uma distância cosmológica por seu efeito gravitacional", explica uma equipe liderada pelo astrofísico Devon Powell, do Instituto Max Planck de Astrofísica, na Alemanha.

"Este trabalho demonstra a viabilidade observacional de usar a imagem gravitacional para investigar o regime de um milhão de massas solares muito além do nosso Universo local."

Com base no que observamos do Universo, existe algo por aí que não emite luz e interage com o restante do cosmos apenas por meio da gravidade.

Chamamos esse “algo” de matéria escura, e há várias hipóteses candidatas para explicar do que se trata. A forma como ela se distribui - mais lisa ou mais “aglomerada” - pode ajudar os cientistas a restringir essas possibilidades. Só que, como a matéria escura não brilha, mapear sua distribuição é um desafio.

É aí que entra a gravidade. Tudo no Universo que tem massa deforma o espaço-tempo ao redor - quanto maior a massa, maior a curvatura. Imagine colocar uma bola de boliche sobre uma cama elástica. Se você fizer uma bolinha de gude rolar pela superfície esticada, ela vai seguir um caminho curvado ao redor da bola de boliche.

Agora pense na bola de boliche como uma galáxia e na bolinha de gude como um fóton. Um conjunto de fótons vindo de uma galáxia distante, ao atravessar o espaço-tempo distorcido pela gravidade de uma galáxia mais próxima (a “bola de boliche”), chega até nós esticado, distorcido e ampliado. É isso que chamamos de lente gravitacional.

Essas lentes são uma ferramenta excelente para estudar o Universo distante, já que ampliam regiões do espaço profundo de um jeito que nenhuma tecnologia consegue fazer diretamente. Mas os astrônomos também podem usar essa luz distante, alongada e distorcida, para mapear a distribuição de matéria na galáxia lente em primeiro plano.

Foi exatamente isso que Powell e seus colegas se propuseram a fazer, recorrendo a uma ampla rede de telescópios - incluindo o Green Bank Telescope, o Very Long Baseline Array e a European Very Long Baseline Interferometric Network - para investigar um sistema de lente gravitacional bem conhecido chamado JVAS B1938+666.

Esse sistema é composto por uma galáxia em primeiro plano com tempo de viagem da luz de cerca de 7,3 bilhões de anos e uma galáxia ainda mais distante, com aproximadamente 10,5 bilhões de anos de viagem da luz, cuja imagem foi esticada e quadruplicada pela galáxia em primeiro plano.

Uma das imagens da galáxia “lenteada” aparece como um arco de luz brilhante e borrado; nesse arco, os pesquisadores encontraram uma espécie de covinha comprimida, como um “beliscão”. Eles concluíram que esse aperto não poderia ter sido produzido apenas pela galáxia lente. Em vez disso, o responsável precisa ser um aglomerado de massa - com um nível de confiança impressionante de 26 sigma.

"Desde a primeira imagem de alta resolução, observamos imediatamente um estreitamento no arco gravitacional, que é o sinal revelador de que estávamos no caminho certo", diz o astrônomo John McKean, da Universidade de Groningen, na Holanda.

"Apenas outro pequeno aglomerado de massa entre nós e a galáxia de rádio distante poderia causar isso."

Essa massa não emite luz - nem em comprimentos de onda ópticos, de rádio ou infravermelho. Ou é completamente escura, ou é fraca demais para ser vista. Isso significa que há mais de uma possibilidade para sua natureza. As principais candidatas são um aglomerado de matéria escura ou uma galáxia anã que emite pouca luz demais para conseguirmos detectar.

Por enquanto, as duas opções seguem plausíveis, e serão necessários novos estudos para determinar a identidade do “culpado”.

"Dada a sensibilidade dos nossos dados, esperávamos encontrar pelo menos um objeto escuro, então nossa descoberta é consistente com a chamada 'teoria da matéria escura fria', na qual se baseia grande parte do nosso entendimento de como as galáxias se formam", diz Powell.

"Tendo encontrado um, a pergunta agora é se podemos encontrar mais e se a quantidade deles continuará concordando com os modelos."

Os resultados foram detalhados em artigos complementares publicados na Nature Astronomy e na Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.