Identificada em 2016, a Cratera 2 se destaca entre as galáxias satélites devido ao seu tamanho enorme e brilho extremamente baixo, sugerindo uma dinâmica incomum da matéria escura. O modelo CDM predominante luta para explicar tais características. (Conceito do artista.) Crédito: SciTechDaily.com
Crater 2, uma grande e fraca galáxia satélite, exibe propriedades que desafiam as teorias tradicionais de matéria escura fria. A teoria SIDM fornece uma explicação melhor, sugerindo interações de matéria escura que reduzem a densidade e aumentam o tamanho da galáxia, correspondendo às observações.
A Cratera 2, localizada a aproximadamente 380.000 anos-luz da Terra, é uma das maiores galáxias satélites do via Láctea. Extremamente fria e com estrelas de movimento lento, a Cratera 2 tem baixo brilho de superfície. Como essa galáxia se originou permanece obscuro.
Desafios na compreensão da cratera 2
“Desde sua descoberta em 2016, houve muitas tentativas de reproduzir as propriedades incomuns da Cratera 2, mas isso se mostrou muito desafiador”, disse Hai-Bo Yu, professor de física e astronomia na Universidade da Califórnia, Riverside, cuja equipe agora oferece uma explicação para a origem da Cratera 2 em um artigo publicado no The Cartas de revistas astrofísicas.
Uma galáxia satélite é uma galáxia menor que orbita uma galáxia hospedeira maior. A matéria escura compõe 85% da matéria do universo e pode formar uma estrutura esférica sob a influência da gravidade chamada halo de matéria escura. Invisível, o halo permeia e circunda uma galáxia como a Cratera 2. O fato de a Cratera 2 ser extremamente fria indica que seu halo tem baixa densidade.
Nossa galáxia, a Via Láctea, é cercada por cerca de cinquenta galáxias anãs. A maioria dessas galáxias só é identificável por meio de telescópios e recebeu o nome da constelação em que aparecem no céu (por exemplo, Draco, Escultor ou Leo). No entanto, as duas galáxias anãs mais óbvias são chamadas de Grande Nuvem de Magalhães (LMC) e Pequena Nuvem de Magalhães (SMC), e são facilmente visíveis a olho nu. Crédito: ESA/Gaia/DPAC
Yu explicou que a Cratera 2 evoluiu no campo de maré da Via Láctea e experimentou interações de maré com a galáxia hospedeira, semelhante a como os oceanos da Terra experimentam forças de maré devido à gravidade da Lua. Em teoria, as interações de maré podem reduzir a densidade do halo de matéria escura.
No entanto, as medições mais recentes da órbita da Cratera 2 ao redor da Via Láctea sugerem que a força das interações de maré é muito fraca para diminuir a densidade de matéria escura da galáxia satélite e ser consistente com suas medições — se a matéria escura for feita de partículas frias e sem colisões, como esperado pela teoria predominante da matéria escura fria, ou MDL.
“Outro enigma é como a Cratera 2 poderia ter um tamanho grande, já que as interações de maré reduziriam o tamanho quando a galáxia satélite evoluisse no campo de maré da Via Láctea”, disse Yu.
Propondo uma nova teoria: SIDM
Yu e sua equipe invocam uma teoria diferente para explicar as propriedades e a origem da Cratera 2. Chamada de matéria escura autointerativa, ou SIDM, ela pode explicar de forma convincente diversas distribuições de matéria escura. Ela propõe que as partículas de matéria escura interagem por meio de uma força escura, colidindo fortemente umas com as outras perto do centro de uma galáxia.
“Nosso trabalho mostra que o SIDM pode explicar as propriedades incomuns da Cratera 2”, disse Yu. “O mecanismo-chave é que as autointerações da matéria escura termalizam o halo da Cratera 2 e produzem um núcleo de densidade rasa, ou seja, a densidade da matéria escura é achatada em raios pequenos. Em contraste, em um halo CDM, a densidade aumentaria acentuadamente em direção ao centro da galáxia.”
De acordo com Yu, no SIDM, uma força relativamente pequena de interações de maré, consistente com o que pode ser esperado das medições da órbita da Cratera 2, é suficiente para diminuir a densidade de matéria escura da Cratera 2, consistente com as observações.
“É importante ressaltar que o tamanho da galáxia também se expande em um halo SIDM, o que explica o grande tamanho da Cratera 2”, disse Yu. “As partículas de matéria escura são apenas mais frouxamente ligadas em um halo SIDM com núcleo do que em um halo CDM ‘cuspy’. Nosso trabalho mostra que o SIDM é melhor do que o CDM em explicar como a Cratera 2 se originou.”
Referência: “Interpretação da Matéria Escura Autointerativa da Cratera II” por Xingyu Zhang, Hai-Bo Yu, Daneng Yang e Haipeng An, 10 de junho de 2024, Cartas do Jornal Astrofísico.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad50cd
Yu foi acompanhado no estudo por Daneng Yang, da UCR, e Xingyu Zhang e Haipeng An, da Universidade Tsinghua, na China.
A pesquisa de Yu foi apoiada pela Fundação John Templeton e pelo Departamento de Energia dos EUA.