A Via Láctea tem muitas galáxias satélites, principalmente as Grandes e Pequenas Nuvens de Magalhães. Ambos são visíveis a olho nu no hemisfério sul. Agora, os astrônomos descobriram outro satélite que é o menor e mais escuro já detectado. Também pode ser uma das galáxias mais dominadas pela matéria escura já encontradas.

A galáxia é chamada Ursa Maior III / UNIONS 1 (UMa3/U1) e contém muito poucas estrelas. Na verdade, a sua luminosidade é tão baixa que passou despercebida até ser nova, mesmo estando na nossa vizinhança.

A descoberta está em um novo artigo intitulado “Ursa Maior III/UNIONS 1: a galáxia mais escura já descoberta?” O artigo foi publicado no The Astrophysical Journal e o autor principal é Simon Smith. Smith é estudante de graduação em astronomia na Universidade de Victoria, BC, Canadá.

“UMa3/U1 está localizado na constelação da Ursa Maior (Ursa Maior), lar da Ursa Maior. Está no nosso quintal cósmico, relativamente falando, a cerca de 30.000 anos-luz do Sol”, disse Smith. “UMa3/U1 escapou da detecção até agora devido à sua luminosidade extremamente baixa.”

Existem apenas cerca de 60 estrelas em UMa3/U1, o que mal a qualifica como uma galáxia. Existem aglomerados de estrelas com mais membros do que isso. Na verdade, a pequena galáxia está mais alinhada com uma cluster aberto em termos de número de estrelas.

“Existem tão poucas estrelas em UMa3/U1 que podemos razoavelmente questionar se é apenas um agrupamento casual de estrelas semelhantes.”

Marla Geha, professora de astronomia e física na Universidade de Yale

A pequena galáxia contém estrelas com mais de 10 mil milhões de anos e apenas 10 anos-luz de diâmetro, pequeno para uma galáxia. Sua massa também é baixa para uma galáxia. Ela contém apenas 16 vezes a massa do Sol e é 15 vezes menos massiva do que a mais tênue galáxia anã suspeita. Esses são números pequenos, mais semelhantes a um aglomerado globular, mas ainda assim pode ser uma galáxia devido à presença de matéria escura.

Embora associações estelares como aglomerados globulares sejam mais massivas do que esta galáxia anã, elas não são galáxias. Os astrônomos pensam que os globulares são dominados por processos de matéria bariônica (normal). Galáxias ultrafracas (UFG) como esta têm massas muitas ordens de magnitude maiores do que as suas estrelas podem contabilizar. “Portanto, na estrutura da cosmologia ?CDM (Lambda Cold Dark Matter), acredita-se que as galáxias anãs estejam no centro de seus próprios halos de matéria escura”, afirma a pesquisa. Os astrofísicos pensam que os halos de matéria escura são responsáveis ​​por toda essa massa, algo que falta aos globulares e outros aglomerados estelares.

A pequena galáxia foi avistada pela primeira vez como parte do Levantamento Óptico Norte Ultravioleta Próximo ao Infravermelho (UNIONS) no Canada France Hawaii Telescope (CFHT) e no Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System (Pan-STARRS), ambos no Havaí. Uma vez detectado, os pesquisadores estudaram-no mais detalhadamente com o Deep Imaging Multi-Object Spectrograph (DEIMOS) do Observatório Keck. Essas observações confirmaram que as estrelas estão ligadas gravitacionalmente, o que significa que deveriam estar num aglomerado ou numa pequena galáxia.

O CFHT está no Observatório Mauna Kea, no Havaí, e o Pan-STARRS está no Observatório Haleakala, no Havaí.  Ambos são partes essenciais do UNIONS, o Ultraviolet Near Infrared Optical Northern Survey.  Crédito da imagem: UNIÕES
O CFHT está no Observatório Mauna Kea, no Havaí, e o Pan-STARRS está no Observatório Haleakala, no Havaí. Ambos são partes essenciais do UNIONS, o Ultraviolet Near Infrared Optical Northern Survey. Crédito da imagem: UNIÕES

O pequeno número de estrelas da galáxia faria qualquer um questionar se ela pode ser corretamente chamada de galáxia. Até os pesquisadores tiveram dúvidas.

“Existem tão poucas estrelas em UMa3/U1 que podemos razoavelmente questionar se é apenas um agrupamento casual de estrelas semelhantes. Keck foi crítico ao mostrar que este não é o caso”, diz a coautora Marla Geha, professora de astronomia e física na Universidade de Yale. “As nossas medições DEIMOS mostram claramente que todas as estrelas se movem através do espaço a velocidades muito semelhantes e parecem partilhar químicas semelhantes.”

Esta figura da pesquisa mostra o movimento (L) e a velocidade (R) das estrelas membros da galáxia anã.  No painel esquerdo, a grande região marca o movimento das estrelas na Via Láctea e mostra como as estrelas membros (azul) estão agrupadas de forma diferente.  No painel à direita, as estrelas membros estão agrupadas por velocidade e os círculos vazios são outras estrelas não membros.  Crédito da imagem: Smith et al.  2024
Esta figura da pesquisa mostra o movimento (L) e a velocidade (R) das estrelas membros da galáxia anã. No painel esquerdo, a grande região marca o movimento das estrelas na Via Láctea e mostra como as estrelas membros (azul) estão agrupadas de forma diferente. No painel à direita, as estrelas membros estão agrupadas por velocidade e os círculos vazios são outras estrelas não membros. Crédito da imagem: Smith et al. 2024

Os astrónomos têm lutado para compreender as galáxias anãs e a sua matéria escura. Por um lado, os diagnósticos que os astrónomos usam, como o relação massa-metalicidade estelar, leva a argumentos de que eles se parecem mais com aglomerados de estrelas do que com galáxias. Além disso, as suas propriedades observadas colocam-nas no ponto médio entre os aglomerados e as galáxias anãs.

A incerteza é abundante quando se trata de UMa3/U1. De alguma forma, esta associação de estrelas permaneceu intacta durante muito tempo. Com uma massa estelar tão baixa, o agrupamento já deveria ter sido desmembrado, com os seus membros diluídos na população maior da Via Láctea. O fato de ainda estarem juntas é uma indicação intrigante de que há matéria escura envolvida.

“O objeto é tão insignificante que a sua sobrevivência a longo prazo é muito surpreendente.”

Will Cerny, coautor, Universidade de Yale

“É emocionante que uma tentativa de propagação das velocidades entre as estrelas do sistema possa apoiar a conclusão de que UMa3/U1 é uma galáxia dominada pela matéria escura – uma possibilidade tentadora que esperamos examinar com mais observações do Keck”, disse Will Cerny, estudante de pós-graduação da Universidade de Yale. , o segundo autor do estudo.

“O objeto é tão insignificante que a sua sobrevivência a longo prazo é muito surpreendente. Seria de esperar que as fortes forças de maré do disco da Via Láctea já tivessem destruído o sistema, não deixando nenhum vestígio observável,” diz Cerny. “O facto de o sistema parecer intacto leva a duas possibilidades igualmente interessantes. Ou UMa3/U1 é uma pequena galáxia estabilizada por grandes quantidades de matéria escura, ou é um enxame estelar que observámos num momento muito especial, antes do seu desaparecimento iminente.”

Se os astrofísicos puderem confirmar que a galáxia tem matéria escura, isso seria um grande problema. Seria mais uma evidência em apoio ao modelo Lambda Cold Dark Matter (CDM), a principal teoria para a matéria escura e o Big Bang. O CDM prevê que, à medida que a Via Láctea se formou, a sua gravidade atraiu um grande número de galáxias anãs, muito mais do que as encontradas até agora. Se este for um deles, e se os outros forem tão difíceis de detectar como UMa3/U1, ele suporta o MDL.

Mas para os investigadores por detrás da descoberta, há mais do que apenas matéria escura. Eles encontraram algo incomum que é difícil de detectar. Há mais deles por aí?

A missão Gaia da ESA encontrou muitas galáxias anãs e aglomerados globulares no halo da Via Láctea.  Esta imagem da segunda divulgação de dados da missão mostra 75 aglomerados globulares (azul) e 12 galáxias anãs próximas (vermelho).  Mas são necessárias observações mais profundas para compreender a natureza das galáxias anãs.  Crédito da imagem: ESA/Gaia/DPAC;  Mapa e órbitas: LICENÇA CC BY-SA 3.0 IGO CC BY-SA 3.0 IGO ou Licença Padrão ESA
A missão Gaia da ESA encontrou muitas galáxias anãs e aglomerados globulares no halo da Via Láctea. Esta imagem da segunda divulgação de dados da missão mostra 75 aglomerados globulares (azul) e 12 galáxias anãs próximas (vermelho). No entanto, são necessárias observações mais profundas para compreender a natureza das galáxias anãs. Crédito da imagem: ESA/Gaia/DPAC; Mapa e órbitas: LICENÇA CC BY-SA 3.0 IGO CC BY-SA 3.0 IGO ou Licença Padrão ESA

“Quer as observações futuras confirmem ou rejeitem que este sistema contém uma grande quantidade de matéria escura, estamos muito entusiasmados com a possibilidade de que este objeto possa ser a ponta do iceberg – que possa ser o primeiro exemplo de uma nova classe de objetos extremamente sistemas estelares fracos que escaparam à detecção até agora”, diz Cerny.

Quanto às suas origens, existem apenas duas opções. Ele se formou in situ ou foi agregado pela Via Láctea. Os astrónomos usam a metalicidade e a órbita para determinar as origens de uma galáxia anã, mas neste caso, nenhuma das medições mostrou claramente que esta se formou in situ.

Apenas mais observações irão restringir as suas origens, mas tal como está, os autores estão inclinados para o acréscimo. “Somos a favor de um cenário em que UMa3/U1 tenha sido acumulado no halo da Via Láctea”, escreveram na sua conclusão. Esse cenário também oferece suporte ao modelo Lambda CDM.

Seu destino também não está claro. Até agora, não foi despedaçado, o que sinaliza a presença de matéria escura. Mas se não tiver matéria escura, pode estar prestes a ser destruído. Teremos que esperar para ver.

Por enquanto, o objeto tem um passado incerto e um futuro incerto. Mas seja lá como for classificado, é algo novo e isso significa que é um desafio.

“Esta descoberta pode desafiar a nossa compreensão da formação de galáxias e talvez até mesmo a definição de uma ‘galáxia’”, diz Smith.

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