Descoberta outra galáxia sem matéria escura

Os astrônomos seguiram um rasto cósmico tênue de gás até uma terceira galáxia que não possui matéria escura.

© Hubble (galáxia anã DF9)

A imagem na inserção mostra uma imagem de DF9 pelo telescópio espacial Hubble, a terceira "galáxia sem matéria escura" ao longo de uma sequência de galáxias. O fundo mostra a sequência completa de galáxias, incluindo as duas primeiras galáxias sem matéria escura, DF2 e DF4.

Num novo estudo, uma equipe de astrônomos da Universidade de Yale relata a existência de uma galáxia anã localizada a 67 milhões de anos-luz da Terra, denominada NGC 1052-DF9, que parece ter sido formada numa linha reta com outras nove galáxias. Já se tinha demonstrado anteriormente que duas dessas outras galáxias, DF2 e DF4, não possuíam matéria escuras.

Anteriormente, descobriu-se que DF9 tinha sido erroneamente identificada como um buraco negro supermassivo e uma análise aprofundada foi efetuada de DF9 com o KCWI (Keck Cosmic Web Imager) do Observatório W.M. Keck, no Havaí, concebido especificamente para estudar luz estelar fraca, como a emitida por DF9.

Os pesquisadores mediram os movimentos das estrelas no interior de DF9 para determinar a sua massa. Descobriram que DF9 tem a massa de 100 milhões de sóis, o que é consistente com a quantidade esperada de matéria visível numa galáxia do seu tamanho. Se DF9 também tivesse a quantidade esperada de matéria escura, a sua massa seria igual a mais de 10 bilhões de sóis.

A ausência de matéria escura na galáxia DF9 sugere fortemente que DF2, DF4 e DF9 se formaram em conjunto num mesmo evento violento, como uma colisão a alta velocidade entre galáxias. Neste cenário, a colisão teria separado o gás da matéria escura das galáxias, e esse gás teria passado a formar novas galáxias numa formação linear.

Este sistema demonstra que as estrelas e as galáxias podem formar-se fora dos halos de matéria escura em eventos extremos e indica que a matéria escura é uma substância física capaz de agir independentemente da matéria normal ou do gás, contestando as teorias alternativas que defendem que a matéria escura é gravidade.

Os pesquisadores estão agora realizando observações de acompanhamento com outros telescópios, incluindo o novo telescópio Mothra da Universidade de Toronto, para procurar qualquer gás que tenha ficado para trás após a colisão galáctica inicial.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: W. M. Keck Observatory

A influência da matéria escura no Universo

Com a sensibilidade sem precedentes do telescópio espacial James Webb, os cientistas estão aprendendo mais sobre a influência da matéria escura sobre estrelas, galáxias e até planetas como a Terra.

© Webb (mapa de matéria escura)

Esta imagem do telescópio espacial James Webb, da NASA, é sobreposta a um mapa de matéria escura, representado em azul. Os pesquisadores usaram dados Webb para encontrar a substância invisível por meio de sua influência gravitacional na matéria regular.

Os cientistas fizeram um dos mapas mais detalhados e de alta resolução de matéria escura já produzidos. Ele mostra como o material invisível e fantasmagórico se sobrepõe e se entrelaça com a matéria regular, o material que compõe as estrelas, as galáxias e tudo o que podemos ver.

O mapa se baseia em pesquisas anteriores para fornecer confirmação adicional e novos detalhes sobre como a matéria escura moldou o Universo nas maiores escalas, aglomerados de galáxias milhões de anos-luz, que originam as galáxias, as estrelas e os planetas como a Terra.

A matéria escura não emite, reflete, absorve ou até bloqueia a luz, e passa pela matéria regular sem praticamente influenciar. Mas ela interage com o Universo por meio da gravidade, algo que o mapa mostra com um novo nível de clareza. As evidências dessa interação estão no grau de sobreposição entre a matéria escura e a matéria regular. Esse alinhamento próximo não pode ser uma coincidência, pois se deve à gravidade da matéria escura que puxa a matéria regular para ela ao longo da história cósmica.

Encontrada na constelação de Sextans, a área coberta pelo novo mapa é uma seção do céu cerca de 2,5 vezes maior que a Lua cheia. Uma comunidade global de cientistas observou essa região com pelo menos 15 telescópios terrestres e espaciais para o Cosmic Evolution Survey (COSMOS), cujo objetivo foi medir precisamente a localização da matéria regular aqui e depois compará-la à localização da matéria escura.

O primeiro mapa de matéria escura da área foi feito em 2007 usando dados do telescópio espacial Hubble. O  Webb espiou essa região por um total de cerca de 255 horas e identificou quase 800.000 galáxias, algumas das quais foram detectadas pela primeira vez. O mapa do Webb contém cerca de 10 vezes mais galáxias do que mapas da área feitos por observatórios terrestres e duas vezes mais do que o do Hubble. Ele revela novos aglomerados de matéria escura e capta uma visão de alta resolução das áreas vistas anteriormente pelo Hubble. Para refinar as medidas da distância de muitas galáxias do mapa, a equipe usou o Mid-Infrared Instrument (MIRI) do Webb. Os comprimentos de onda que o MIRI detecta também o tornam apto na detecção de galáxias obscurecidas por nuvens cósmicas de poeira.

Quando o Universo começou, a matéria regular e a matéria escura provavelmente estavam pouco distribuídas. Os cientistas acham que a matéria escura começou a se agrupar primeiro e que esses aglomerados de matéria escura então juntaram a matéria regular, criando regiões com material suficiente para que estrelas e galáxias começassem a se formar. Desta forma, a matéria escura determinou a distribuição em larga escala das galáxias no Universo.

E ao conduzir a formação de galáxias e estrelas a começar mais cedo, a influência da matéria escura também desempenhou um papel na criação das condições para que os planetas eventualmente se formassem. Isso porque as primeiras gerações de estrelas foram responsáveis por transformar hidrogênio e hélio, que compunham a grande maioria dos átomos no início do Universo, na rica variedade de elementos que agora compõem planetas como a Terra. Em outras palavras, a matéria escura forneceu mais tempo para a formação de planetas complexos.

Os pesquisadores também mapearão a matéria escura com o próximo telescópio espacial Nancy Grace Roman da NASA sobre uma área 4.400 vezes maior que a região do COSMOS. Os principais objetivos da ciência desse telescópio incluem aprender mais sobre as propriedades fundamentais da matéria escura e como elas podem ou não ter mudado ao longo da história cósmica. Mas, seus mapas não vencerão a resolução espacial do Webb. Olhares mais detalhados sobre a matéria escura só serão possíveis com um telescópio de próxima geração como o Habitable Worlds Observatory, o próximo conceito em astrofísica da NASA.

Um artigo foi publicado na revista Nature Astronomy.

Fonte: Jet Propulsion Laboratory

Cloud-9: o primeiro de um novo tipo de objeto

Uma equipe examinou um novo tipo de objeto astronômico, uma nuvem de matéria escura, sem estrelas e rica em gás, que é considerada uma "relíquia" ou um resquício da formação galáctica inicial.

© STScI (localização da nuvem Cloud-9)

Esta imagem mostra a localização da nuvem Cloud-9, que está a 14 milhões de anos-luz da Terra. A cor magenta difusa é constituída por dados de rádio do VLA (Very Large Array), que mostram a presença da nuvem. O círculo tracejado marca o pico da emissão de rádio, que é onde a busca por estrelas está concentrada.

A Cloud-9 é a primeira detecção confirmada de um objeto deste tipo no Universo. O objeto é chamado de "Reionization-Limited H I Cloud", ou "RELHIC". O termo 'H I' refere-se a hidrogênio neutro, e "RELHIC" descreve uma nuvem natal de hidrogênio dos primórdios do Universo, um resquício fóssil que não formou estrelas. Durante anos, os cientistas procuraram evidências de um tal objeto fantasma, que foi proposto em teoria. Mas só quando viraram o telescópio espacial Hubble para a nuvem é que puderam confirmar que ela, de fato, não tem estrelas.

Antes da utilização do telescópio espacial Hubble, poderia argumentar que se tratava de uma tênue galáxia anã que não poderia ser vista com telescópios terrestres. Simplesmente não tinham sensibilidade suficiente para descobrir estrelas. Mas com a ACS (Advanced Camera for Surveys) do Hubble, foi possível confirmar que não existem estrelas em seu interior.

Pensa-se que as RELHICs são nuvens de matéria escura que não conseguiram acumular gás suficiente para formar estrelas. Representam uma janela para as fases iniciais da formação das galáxias. Cloud-9 sugere a existência de muitas outras pequenas estruturas dominadas por matéria escura no Universo, outras galáxias falhadas. 

Esta descoberta fornece novos conhecimentos sobre os componentes escuros do Universo que são difíceis de estudar através de observações tradicionais, que se concentram em objetos brilhantes como estrelas e galáxias. Há muitos anos que os cientistas estudam as nuvens de hidrogênio perto da Via Láctea, e estas nuvens tendem a ser muito maiores e irregulares do que Cloud-9. Em comparação com outras nuvens observadas, Cloud-9 é menor, mais compacta e muito esférica, o que a torna muito diferente das outras nuvens. O núcleo deste objeto é composto por hidrogênio neutro e tem cerca de 4.900 anos-luz de diâmetro. 

O hidrogênio gasoso de Cloud-9 tem aproximadamente 1 milhão de vezes a massa do Sol. Mas se a pressão do gás está equilibrando a gravidade da nuvem de matéria escura, o que parece ser o caso, Cloud-9 deve ser fortemente dominada por matéria escura, com cerca de 5 bilhões de massas solares. Cloud-9 é um exemplo das estruturas e dos mistérios que não envolvem estrelas. Olhar apenas para as estrelas não dá uma imagem completa. O estudo do gás e da matéria escura ajuda a compreender melhor o que se passa nestes sistemas que, de outra forma, não seriam conhecidos.

Observacionalmente, a identificação destas galáxias falhadas é um desafio porque os objetos próximos as ofuscam. Estes sistemas são também vulneráveis a efeitos ambientais, como a remoção de gás por pressão dinâmica, que pode remover gás à medida que a nuvem se desloca pelo espaço intergaláctico.

Cloud-9 foi descoberta há três anos, no âmbito de um levantamento de rádio efetuado pelo FAST (Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope), em Guizhou, na China, descoberta posteriormente confirmada pelo GBT (Green Bank Telescope) e pelo VLA (Very Large Array), nos Estados Unidos. Ao contrário da cultura do hemisfério ocidental, a alcunha "Cloud-9" não tem qualquer significado para os chineses. Foi simplesmente batizada sequencialmente, tendo sido a nona nuvem de gás identificada na periferia de uma galáxia espiral próxima, Messier 94 (M94). A nuvem está próxima de M94 e parece ter uma associação física com a galáxia. Dados de rádio de alta resolução mostram ligeiras distorções no gás, possivelmente indicando interação entre a nuvem e a galáxia.

Cloud-9 pode vir a formar uma galáxia no futuro, dependendo dela se tornar mais massiva. Se fosse muito maior, teria entrado em colapso, formado estrelas e transformado numa galáxia que não seria diferente de qualquer outra galáxia que vemos. Se fosse muito menor, o gás poderia ter-se dispersado e ionizado e não restaria muito. Mas está num ponto ideal onde também pode permanecer como uma RELHIC.

Esta descoberta contribui para a compreensão da formação de galáxias, do Universo primitivo e da natureza da própria matéria escura. A ausência de estrelas neste objeto fornece uma janela única para as propriedades intrínsecas das nuvens de matéria escura. Espera-se que a raridade de tais objetos e o potencial para futuros levantamentos aumentem a descoberta de mais destas galáxias falhadas, resultando em conhecimentos sobre o Universo primitivo e a física da matéria escura.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: National Radio Astronomy Observatory

Detectado o objeto escuro de menor massa no Universo distante

Uma equipe internacional de pesquisadores, utilizando uma rede mundial de radiotelescópios, incluindo o VLBA (Very Long Baseline Array) e o GBT (Green Bank Telescope), detectou um enigmático objeto escuro com uma massa cerca de um milhão de vezes superior à do nosso Sol, sem observar qualquer emissão de luz.

© NRAO (arco de lente gravitacional e sinal de aglomerado de matéria escura)

Este é o objeto escuro de menor massa alguma vez detectado a uma distância cosmológica usando apenas a sua influência gravitacional, constituindo um marco importante na tentativa de desvendar a natureza da matéria escura.

A descoberta utiliza uma técnica conhecida como interferometria de longa linha de base para formar um telescópio global, do tamanho da Terra, que capta imagens extremamente nítidas de fenômenos cósmicos.

A equipe observou um sistema de galáxias distantes, JVAS B1938+666, onde a luz de uma galáxia de fundo sofre o efeito de lente gravitacional de uma galáxia em primeiro plano, produzindo belos arcos e imagens múltiplas.

O objeto recentemente caracterizado é indetectável nos comprimentos de onda do infravermelho ou no rádio e foi encontrado a cerca de 10 bilhões de anos-luz da Terra, cerca de 6,5 bilhões de anos após o Big Bang.

A sua detecção foi possível graças ao método de imagem gravitacional, que mapeia sensivelmente a forma como a luz de fontes de fundo é deformada por uma massa invisível. A concentração de massa, designada por "V" no estudo, tem uma massa cilíndrica equivalente a 1,13 milhões de sóis num raio de 80 parsecs. Trata-se de um nível de precisão e de distância nunca antes alcançado para objetos tão pequenos e tênues.

A equipe desenvolveu algoritmos computacionais avançados e utilizou supercomputadores para processar e modelar vastos conjuntos de dados. Isto permitirá aos astrônomos sondar a estrutura da matéria escura ao longo do tempo cósmico, abrindo a porta à descoberta de mais objetos deste tipo e examinando se as teorias atuais sobre a formação de galáxias resistem ao escrutínio.

As observações realçam ainda mais o poder de reunir radiotelescópios de todo o mundo para ultrapassar os limites da sensibilidade e da resolução angular. O GBT e o VLBA, ambos operados pelo NRAO (National Radio Astronomy Observatory) desempenharam um papel crucial nesta descoberta histórica. À medida que a equipe continua estudando outros sistemas de lentes gravitacionais, quaisquer descobertas futuras ajudarão a determinar se a abundância e a natureza destes objetos escuros são consistentes com as teorias fundamentais que governam o nosso Universo.

Um artigo foi publicado na resvista Nature Astronomy e outro no periódico Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: National Radio Astronomy Observatory

A matéria escura e a energia escura podem ser apenas uma ilusão cósmica

Os astrônomos pensam, há décadas, que a matéria escura e a energia escura constituem a maior parte do Universo. No entanto, um novo estudo sugere que poderão não existir de todo.

© Hubble (NGC 7038)

Em vez disso, o que nos parece ser matéria e energia escuras pode ser simplesmente o efeito das forças naturais do Universo enfraquecendo lentamente à medida que este envelhece.

Liderado por Rajendra Gupta, professor no Departamento de Física da Universidade de Ottawa, o estudo afirma que se as forças básicas da natureza (como a gravidade) mudarem lentamente ao longo do tempo e no espaço, podem explicar os estranhos fenômenos que observamos, tais como a forma como as galáxias evoluem e giram e como o Universo se expande.

"As forças do Universo enfraquecem, em média, à medida que este se expande", explica o professor Gupta. "Este enfraquecimento faz com que pareça que existe um impulso misterioso que faz com que o Universo se expanda mais rapidamente (que é identificado como a energia escura). No entanto, à escala das galáxias e dos aglomerados de galáxias, a variação destas forças no espaço gravitacionalmente limitado resulta numa gravidade extra (que se considera ser devida à matéria escura). Mas estas coisas podem ser apenas ilusões, resultantes da evolução das constantes que definem a força das forças".

E acrescenta: "Há dois fenômenos muito diferentes que devem ser explicados pela matéria escura e pela energia escura: o primeiro é à escala cosmológica, ou seja, a uma escala superior a 600 milhões de anos-luz, assumindo que o Universo é homogêneo e igual em todas as direções. O segundo é à escala astrofísica, ou seja, a uma escala menor o Universo é muito irregular e depende da direção. No modelo padrão, os dois cenários requerem equações diferentes para explicar as observações usando matéria escura e energia escura. O nosso é o único que as explica com a mesma equação e sem necessidade de matéria ou energia escuras".  "O que é realmente excitante é que esta nova abordagem permite-nos explicar o que vemos no céu: a rotação das galáxias, o agrupamento de galáxias e até a forma como a luz se curva em torno de objetos massivos, sem termos de imaginar que há algo escondido lá fora. Tudo isto é apenas o resultado da variação das constantes da natureza à medida que o Universo envelhece e se torna irregular".

No ano passado, o professor Gupta pôs em causa a existência da matéria escura no Universo no seu estudo à escala cosmológica. Neste trabalho à escala astrofísica, questionou os modelos teóricos atuais para as curvas de rotação das galáxias.

No novo modelo, o parâmetro frequentemente designado por α emerge do fato de se permitir a evolução das constantes de acoplamento. Com efeito, α comporta-se como uma "componente" extra nas equações gravitacionais que produz efeitos semelhantes aos que os astrônomos atribuem à matéria escura e à energia escura.

Em escalas cosmológicas, α é tratado como uma constante, por exemplo, determinado pelo ajuste de dados de supernovas. Mas localmente (à escala astrofísica), numa galáxia, dado que a distribuição da matéria comum (buracos negros, estrelas, planetas, gás, etc.) varia drasticamente, α varia, fazendo com que o efeito gravitacional extra dependa da localização dessa matéria. Assim, a nova teoria prevê que, em regiões onde existe muita matéria comum, o efeito gravitacional extra é menor, e onde a densidade de matéria detectável é baixa, é maior.

Em vez de adicionar halos de matéria escura à volta das galáxias, a atração gravitacional extra vem de α no novo modelo. Reproduz as "curvas de rotação planas" observadas (estrelas que se movem mais depressa do que o esperado nas partes exteriores das galáxias).

O professor Gupta pensa que esta ideia pode resolver alguns dos maiores quebra-cabeças da astronomia. "Durante anos, lutamos para explicar como é que as galáxias do Universo primitivo se formaram tão rapidamente e se tornaram tão massivas", afirma. "Com o nosso modelo, não é necessário assumir quaisquer partículas exóticas ou quebrar as regras da física. A linha temporal do Universo simplesmente estica-se, quase duplicando a idade do Universo e abrindo caminho para tudo o que observamos".

Efetivamente, a linha temporal alargada para a formação de estrelas e galáxias torna muito mais fácil explicar como é que estruturas grandes e complexas como galáxias e buracos negros podem ter aparecido tão cedo no Universo. Esta teoria pode mudar completamente a forma como pensamos sobre o Universo. Dá mesmo a entender que a procura de partículas de matéria escura, algo em que os cientistas gastaram anos e bilhões de dólares, poderá afinal não ser necessária. Mesmo que as partículas exóticas sejam encontradas experimentalmente, teriam de constituir cerca de seis vezes a massa da matéria comum. Talvez os maiores segredos do Universo sejam apenas constituídos pelas constantes evolutivas da natureza.

Um artigo foi publicado no periódico Galaxies.

Fonte: University of Ottawa

Uma supernova próxima podia pôr fim à procura pela matéria escura

A procura pela matéria escura do Universo podia terminar amanhã, caso houvesse uma supernova próxima e tivéssemos um pouco de sorte.

© Casey Reed (ilustração de estrela de nêutrons altamente magnetizada)

A natureza da matéria escura ilude os astrônomos há 90 anos, desde que se percebeu que 85% da matéria do Universo não é visível através dos nossos telescópios. Atualmente, o candidato mais provável à matéria escura é o áxion, uma partícula leve que está sendo desesperadamente procurada. 

Os astrofísicos da Universidade da Califórnia, em Berkeley, argumentam agora que o áxion podia ser descoberto segundos após a detecção de raios gama provenientes da explosão de uma supernova próxima. Os áxions, se existirem, seriam produzidos em quantidades abundantes durante os primeiros 10 segundos após o núcleo de uma estrela massiva colapsar numa estrela de nêutrons, e esses áxions escapariam e seriam transformados em raios gama altamente energéticos no intenso campo magnético da estrela. 

Uma tal detecção só é possível hoje em dia se o único telescópio de raios gama no espaço, o telescópio espacial Fermi, estiver apontando na direção da supernova no momento em que esta explode. Tendo em conta o campo de visão do telescópio, isso representa cerca de uma hipótese em 10. No entanto, uma única detecção de raios gama permitiria determinar a massa do áxion, em particular o chamado áxion QCD (Quantum ChromoDynamics), numa enorme gama de massas teóricas, incluindo intervalos de massas que estão agora sendo analisados em experiências na Terra. 

Contudo, a ausência de uma detecção eliminaria uma grande quantidade de massas potenciais para o áxion e tornaria irrelevante a maioria das atuais pesquisas por matéria escura. O problema é que, para que os raios gama sejam suficientemente brilhantes para serem detectados, a supernova tem de estar próxima, ou seja, dentro da Via Láctea ou de uma das suas galáxias satélite, e as estrelas próximas só explodem, em média, de poucas em poucas décadas. 

A última supernova próxima ocorreu em 1987 na Grande Nuvem de Magalhães, uma galáxia satélite da Via Láctea. Na ocasião, um telescópio de raios gama, o SMM (Solar Maximum Mission), apontava na direção da supernova, mas não era suficientemente sensível para detectar a intensidade prevista dos raios gama.

No entanto, os pesquisadores receiam que, quando a tão esperada supernova surgir no Universo próximo, não estejamos preparados para ver os raios gama produzidos pelos áxions. Os cientistas estão propondo a construção de telescópios de raios gama para avaliar a viabilidade de lançar um ou uma frota desses telescópios para cobrir 100% do céu 24 horas por dia e ter a certeza de apanhar qualquer explosão de raios gama. Até propuseram um nome para a sua constelação de satélites de raios gama de céu completo: GALAXIS (GALactic AXion Instrument for Supernova). 

A procura pela matéria escura centrou-se inicialmente nos tênues MACHOs (MAssive Compact Halo Objects), teoricamente espalhados pela nossa Galáxia e pelo cosmos, mas quando estes não se materializaram, os físicos começaram a procurar partículas elementares que teoricamente estão à nossa volta e deveriam ser detectáveis em laboratórios terrestres. Estas WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles) também não foram detectadas.

Atualmente, o melhor candidato para a matéria escura é o áxion, uma partícula que se enquadra perfeitamente no modelo padrão da física e que resolve vários outros enigmas importantes da física de partículas. Os áxions também se enquadram perfeitamente na teoria das cordas, uma hipótese sobre a geometria subjacente do Universo, e pode ser capaz de unificar a gravidade, que explica as interações em escalas cósmicas, com a teoria da mecânica quântica, que descreve o infinitesimal.

O áxion teoricamente interage com toda a matéria, embora fracamente, através das quatro forças da natureza: gravidade, eletromagnetismo, a força forte, que mantém os átomos unidos, e a força fraca, que explica a quebra dos átomos. Uma das consequências é que, num campo magnético forte, um áxion pode ocasionalmente transformar-se numa onda eletromagnética, ou fóton. O áxion é distintamente diferente de outra partícula leve e de fraca interação, o neutrino, que apenas interage através da gravidade e da força fraca e ignora totalmente a força eletromagnética. 

As experiências de laboratório - como o Consórcio ALPHA (Axion Longitudinal Plasma HAloscope), o DMradio e o ABRACADABRA (A Broadband/Resonant Approach to Cosmic Axion Detection with an Amplifying B-field Ring Apparatus), todas elas envolvendo pesquisadores da UC Berkeley, utilizam cavidades compactas que, tal como um diapasão, ressoam e amplificam o fraco campo eletromagnético ou fóton produzido quando um áxion de baixa massa se transforma na presença de um forte campo magnético.

Em alternativa, os astrofísicos propuseram a procura de áxions produzidos no interior de estrelas de nêutrons imediatamente após uma supernova de colapso do núcleo, como SN 1987A. Até agora, no entanto, têm-se concentrado principalmente na detecção de raios gama resultantes da lenta transformação destes áxions em fótons nos campos magnéticos das galáxias. Porém, esse processo não é muito eficiente na produção de raios gama, ou pelo menos não o suficiente para ser detectado a partir da Terra. 

Ao invés, foi explorada a produção de raios gama por áxions nos fortes campos magnéticos em torno da própria estrela que os gerou. As simulações em supercomputador mostraram que esse processo cria, de forma muito eficiente, uma explosão de raios gama que depende da massa do áxion, e que a explosão deveria ocorrer simultaneamente com uma explosão de neutrinos do interior da estrela de nêutrons quente. 

As estrelas de nêutrons abrigam campos magnéticos muito fortes. Os campos magnéticos mais fortes do nosso Universo encontram-se em volta das estrelas de nêutrons, como os magnetares, que têm campos magnéticos dezenas de bilhões de vezes mais fortes do que qualquer coisa que possamos construir em laboratório. Isso ajuda a converter estes áxions em sinais observáveis. 

Há dois anos, os astrofísicos estabeleceram o melhor limite superior para a massa do áxion QCD em cerca de 16 milhões de elétrons-volt, ou seja, cerca de 32 vezes menos do que a massa do elétron. Este valor baseou-se na taxa de arrefecimento das estrelas de nêutrons, que arrefeceriam mais rapidamente se os áxions fossem produzidos juntamente com os neutrinos no interior destes corpos quentes e compactos. 

É previsto que uma detecção de raios gama permita identificar a massa do áxion QCD se esta for superior a 50 μeV (microelétrons-volt). Uma única detecção poderia reorientar as experiências existentes para confirmar a massa do áxion. Embora uma frota de telescópios de raios gama dedicados seja a melhor opção para detectar raios gama de uma supernova próxima, um golpe de sorte com o Fermi seria ainda melhor.

Um artigo foi publicado no periódico Physical Review Letters.

Fonte: University of California

A matéria escura na formação de buracos negros no início do Universo

A formação dos buracos negros supermassivos, como o que se encontra no centro da nossa Galáxia, a Via Láctea, é muito demorada.

© EHT (imagem polarizada do buraco negro Sagitário A*)

Normalmente, o nascimento de um buraco negro requer que uma estrela gigante com a massa de pelo menos algumas vezes a do Sol esgote o seu combustível nuclear; um processo que pode demorar bilhões de anos, e que o seu núcleo colapse sobre si próprio.

Mesmo assim, o buraco negro resultante está muito longe do buraco negro com 4 milhões de massas solares, Sagitário A*, situado no centro da Via Láctea, ou dos buracos negros supermassivos com bilhões de massas solares encontrados em outras galáxias. Estes buracos negros gigantescos podem formar-se a partir de buracos negros menores, por acreção de gás e estrelas e por fusão com outros buracos negros, o que demora bilhões de anos. 

Por que razão, então, o telescópio espacial James Webb está descobrindo buracos negros supermassivos perto do início dos tempos, antes de se poderem formar? Os astrofísicos da UCLA (University of California Los Angeles) têm uma resposta tão misteriosa como os próprios buracos negros: a matéria escura impediu que o hidrogênio arrefecesse o tempo suficiente para que a gravidade o condensasse em nuvens suficientemente grandes e densas para se transformarem em buracos negros em vez de estrelas. 

Alguns astrofísicos têm postulado que uma grande nuvem de gás pode colapsar para formar diretamente um buraco negro supermassivo, contornando a longa história de combustão estelar, acreção e fusões. Mas há um senão: a gravidade vai, de fato, juntar uma grande nuvem de gás, mas não numa única nuvem. Em vez disso, junta seções de gás em pequenos halos que flutuam perto uns dos outros, mas não formam um buraco negro. A razão é que a nuvem de gás arrefece demasiado depressa. Enquanto o gás estiver quente, a sua pressão pode contrariar a gravidade. No entanto, se o gás arrefecer, a pressão diminui e a gravidade pode triunfar em muitas pequenas regiões, que colapsam em objetos densos antes da gravidade ter a oportunidade de puxar toda a nuvem para um único buraco negro.

A rapidez com que o gás arrefece tem muito a ver com a quantidade de hidrogênio molecular. Os átomos de hidrogênio ligados entre si numa molécula dissipam energia quando encontram um átomo de hidrogênio livre. As moléculas de hidrogênio tornam-se agentes de arrefecimento ao absorverem energia térmica e ao irradiá-la. As nuvens de hidrogênio no início do Universo tinham demasiado hidrogênio molecular e o gás arrefeceu rapidamente, formando pequenos halos em vez de grandes nuvens. 

Apenas uma ínfima parte da matéria do Universo é do tipo que compõe os nossos corpos, o nosso planeta, as estrelas e tudo o mais que podemos observar. A grande maioria da matéria, detectada pelos seus efeitos gravitacionais em objetos estelares e pela curvatura da luz de fontes distantes, é feita de algumas partículas novas. As formas e propriedades da matéria escura são, portanto, um mistério que continua por resolver. Embora não saibamos o que é a matéria escura, os teóricos de partículas há muito que especulam que pode conter partículas instáveis que podem decair em fótons, as partículas de luz. A inclusão desta matéria escura em simulações forneceu a radiação necessária para que o gás permanecesse numa grande nuvem enquanto colapsava num buraco negro.

A matéria escura pode ser feita de partículas que decaem lentamente, ou pode ser feita de mais do que uma espécie de partícula: algumas estáveis e outras que decaem em momentos precoces. Em qualquer dos casos, o produto do decaimento pode ser radiação sob a forma de fótons, que quebram o hidrogênio molecular e evitam que as nuvens de hidrogênio arrefeçam demasiado depressa. Mesmo um decaimento muito ligeiro da matéria escura produziu radiação suficiente para impedir o arrefecimento, formando grandes nuvens e, eventualmente, buracos negros supermassivos.

Um artigo foi publicado no periódico Physical Review Letters. 

Fonte: University of California