A Via Láctea é antiga e massiva, uma coleção de centenas de bilhões de estrelas, algumas datando dos primórdios do Universo. Durante a sua longa vida, cresceu até atingir proporções épicas através de fusões com outras galáxias mais pequenas. Estas fusões pontuam a história da nossa galáxia, e a sua história está escrita nos fluxos de estrelas deixados para trás como evidência após uma fusão.
E isso ainda está acontecendo hoje.
A Via Láctea está atualmente digerindo galáxias menores que chegaram muito perto. As Grandes e Pequenas Nuvens de Magalhães sentem os efeitos à medida que a poderosa gravidade da Via Láctea as distorce e suga um fluxo de gás e estrelas deles para a nossa galáxia. Algo semelhante está acontecendo com Galáxia Anã Esferoidal de Sagitário e aglomerados globulares como Ômega Centauro.
Há uma longa lista desses fluxos estelares na Via Láctea, embora as galáxias originais que os geraram já tenham desaparecido há muito tempo, absorvidas pela Via Láctea. Mas as correntes ainda contam a história de antigas fusões e absorções. Eles contêm pistas cinemáticas e químicas das galáxias e aglomerados em que se originaram.
À medida que os astrônomos obtêm melhores ferramentas para encontrar e estudar esses fluxos, eles percebem que os fluxos podem contar-lhes mais do que apenas a história das fusões. Eles são como colares de pérolas, e suas formas e outras propriedades mostram como a gravidade os moldou. Mas também revelam algo mais importante: como a matéria escura os moldou.
Dado que a matéria escura é tão misteriosa, qualquer oportunidade de aprender algo sobre ela é uma prioridade. À medida que os investigadores examinam as correntes estelares, encontram sinais de perturbações nas mesmas – incluindo membros desaparecidos – que não são explicados pela massa da Via Láctea. Eles suspeitam que a matéria escura seja a causa.
“Se encontrarmos um colar de pérolas com algumas pérolas espalhadas por perto, podemos deduzir que algo pode ter surgido e quebrado o cordão.”
Em breve, os astrónomos terão uma ferramenta extremamente poderosa para estudar estes fluxos e o papel da matéria escura na sua perturbação: o Observatório Vera Rubin (VRO).
Os astrônomos têm métodos diferentes para estudar a matéria escura. Lentes gravitacionais fracas é um deles e mapeia a matéria escura em grande escala de aglomerados de galáxias. Mas os fluxos estelares estão no extremo oposto da escala. Ao mapeá-los e às suas irregularidades e perturbações, os astrónomos podem estudar a matéria escura numa escala muito menor.
O Observatório Rubin concluirá o seu Legacy Survey of Space and Time (LSST) num período de dez anos. Ao lado de seu astronomia no domínio do tempo objetivos, o LSST também estudará a matéria escura. A LSST Dark Energy Science Collaboration visa a matéria escura e usará o poder de Rubin para avançar no estudo da energia escura e da matéria escura como nada antes. “O LSST irá muito mais longe do que qualquer um dos seus antecessores na sua capacidade de medir o crescimento da estrutura e fornecerá um teste rigoroso das teorias da gravidade modificada”, explica o seu website.
À medida que nos aproximamos cada vez mais da primeira luz planeada do observatório para janeiro de 2025, a excitação crescente é palpável.
“Estou muito entusiasmada com a utilização de fluxos estelares para aprender sobre a matéria escura,” disse Nora Shipp, pós-doutoranda na Carnegie Mellon University e co-organizadora do Dark Matter Working Group no Rubin Observatory/LSST Dark Energy Science Collaboration. “Com o Observatório Rubin seremos capazes de usar fluxos estelares para descobrir como a matéria escura está distribuída na nossa galáxia, desde as escalas maiores até às escalas muito pequenas.”
Os astrónomos têm amplas evidências de que um halo de matéria escura envolve a Via Láctea. Outras galáxias são iguais. Estes halos de matéria escura estendem-se para além do disco visível de uma galáxia e são considerados unidades básicas na estrutura de grande escala do Universo. Esses halos também podem conter subhaloes, aglomerados de matéria escura ligados pela gravidade.
Esses aglomerados são o que os astrônomos acreditam que estão deixando suas marcas nas correntes estelares. Os aglomerados de matéria escura criam dobras e lacunas nos fluxos. O VRO tem o poder de detectar estas irregularidades em pequena escala e ao longo de um período de dez anos. “Ao observar fluxos estelares, seremos capazes de fazer medições indiretas dos aglomerados de matéria escura da Via Láctea até massas mais baixas do que nunca, dando-nos restrições realmente boas sobre as propriedades das partículas da matéria escura,” disse Shipp.
O Lambda Matéria Escura Fria O modelo (Lambda CDM) é o modelo padrão da Cosmologia do Big Bang. Uma das principais previsões do Lambda CDM diz que deveriam existir muitas subestruturas subgalácticas de matéria escura. Os astrónomos querem testar essa previsão observando o efeito destas estruturas nas correntes estelares. O VRO os ajudará a fazer isso e também a encontrar mais deles e a construir um conjunto de dados maior.
Fluxos estelares são difíceis de detectar. Sua cinemática os denuncia, mas às vezes há apenas algumas dezenas de estrelas nos fluxos. Isto os obscurece entre as inúmeras estrelas da Via Láctea. Mas o VRO vai mudar isso.
O VRO detectará fluxos em distâncias muito maiores. Nos arredores da Via Láctea, as correntes interagiram com menos matéria, tornando-as fortes candidatas para estudar o efeito da matéria escura isoladamente.
“Os fluxos estelares são como colares de pérolas, cujas estrelas traçam o caminho da órbita do sistema e têm uma história partilhada”, disse Jaclyn Jensen, candidata a doutoramento na Universidade de Victoria. Jensen planeia usar dados Rubin/LSST para a sua investigação sobre os progenitores das correntes estelares e o seu papel na formação da Via Láctea. “Usando as propriedades dessas estrelas, podemos determinar informações sobre suas origens e que tipo de interações a corrente pode ter experimentado. Se encontrarmos um colar de pérolas com algumas pérolas espalhadas por perto, podemos deduzir que algo pode ter surgido e quebrado o cordão.”
A poderosa câmera digital do VRO e seu sistema de filtros tornam isso possível. Seu filtro ultravioleta, em particular, ajudará a tornar visíveis mais fluxos. Os astrônomos podem distinguir os fluxos estelares de todas as outras estrelas examinando a luz azul-ultravioleta no final do espectro visível. Eles terão milhares e milhares de imagens para trabalhar.
Na verdade, o VRO irá desencadear um dilúvio de dados astronómicos que os cientistas e as instituições se têm preparado para lidar. A IA e a aprendizagem automática desempenharão um papel fundamental na gestão de todos esses dados, o que deverá contribuir para encontrar fluxos ainda mais estelares.
“No momento, é um processo trabalhoso identificar fluxos potenciais a olho nu – o grande volume de dados de Rubin apresenta uma excelente oportunidade para pensar em maneiras novas e mais automatizadas de identificar fluxos.”
Os astrônomos ainda estão encontrando mais correntes estelares. No início deste mês, um artigo no The Astrophysical Journal apresentou a descoberta de outro. Os pesquisadores descobriram isso em de Gaia Data Release 3. Provavelmente está associado à fusão da galáxia anã Sequoia.
Parece certo que os astrónomos continuarão a encontrar mais correntes estelares. O seu valor como traçadores da história da Via Láctea é considerável. Mas se os cientistas puderem usá-los para compreender a distribuição da matéria escura em pequena escala, obterão mais do que esperavam.
