Há muito tempo os astrônomos têm uma pedra em seus sapatos chamada matéria escura. Teorizada há quase um século, a matéria escura nunca foi realmente observada ou teve sua existência provada, mas os especialistas acreditam que ela é parte fundamental do universo – ela seria mais pesada do que todas as estrelas visíveis, gás e poeira no cosmos por uma razão de 6 para 1.

Embora ninguém saiba o que ela realmente é, ou quanto pesa, ou do que é feita, sua presença foi inferida de sua influência gravitacional na matéria comum em todas as galáxias já observadas – pelo menos até agora. Os astrônomos acabaram de descobrir uma galáxia que parece não ter matéria escura. O estudo, publicado na revista Nature, questiona o que sabemos sobre a formação de galáxias e, se confirmado, pode ajudar a elucidar a verdadeira natureza deste tipo de matéria.

A galáxia NGC 1052-DF2, localizada a 65 milhões de anos-luz de distância, na constelação de Cetus, tem a sua massa toda formada pela matéria visível. Ela abriga cerca de 200 milhões de estrelas e quantidades insignificantes de gás e poeira. De acordo com o novo estudo, liderado pelo astrônomo Pieter van Dokkum, da Universidade de Yale, nos EUA, a matéria visível da galáxia é responsável por toda a sua massa, uma conclusão profundamente estranha

“É realmente muito desconfortável. Ela não deveria existir; não deveria ser real. No entanto, se você analisar os dados, essa é a conclusão para a qual você é atraído”, se espanta Marla Geha, astrônoma da Universidade de Yale que não fez parte da equipe de descoberta.

Nas teorias da formação de galáxias, aglomerados pesados ​​de matéria escura atraem coisas luminosas para eles, semeando novas galáxias e criando uma espécie de esqueleto para todo o universo visível se agarrar. Observações dão apoio a esta teoria. Galáxias com o tamanho da Via Láctea, por exemplo, parecem estar aninhadas dentro de nuvens de matéria escura, cerca de 30 vezes mais pesadas do que todas as suas estrelas juntas. A NGC 1052-DF2, uma galáxia menor, deveria ter 400 vezes mais matéria escura que estrelas, com base em observações de dezenas de objetos comparáveis. Em vez disso, o novo artigo sugere que o que vemos na NGC 1052 – DF2 é tudo que ela tem.

No entanto, ainda é muito cedo para descartar as regras antigas, diz o astrofísico James Bullock, da Universidade da Califórnia. Ele aponta que a galáxia está orbitando outra. É possível que essa galáxia se formou sobre a matéria escura como qualquer outra, e a galáxia vizinha removeu a matéria escura dela, sugere ele.

Para imaginar esse processo, é preciso imaginar a matéria escura como uma coleção difusa de partículas individuais – ao contrário da matéria comum, que se aglomera em estrelas e planetas. “É melhor pensar nela como um fluido, como um mar de matéria escura”, diz Bullock. A principal teoria da matéria escura prevê que esse “mar” de partículas se mova em torno de uma galáxia em órbitas profundas, como cometas ao redor do sol. Bullock acha que, à medida que as partículas de matéria escura desta galáxia alcançavam os extremos de suas órbitas, as forças da galáxia vizinha poderiam tê-las arrancado.

Problemas (ainda) sem solução

Os astrônomos descobriram a galáxia em 2000, mas observações mais detalhadas chamaram a atenção de van Dokkum e de sua equipe. Um estudo mais detalhado usando o Sloan Digital Sky Survey, o Telescópio Espacial Hubble e o Observatório Keck no Havaí revelaram um enxame de pontos brilhantes.

Os pesquisadores acreditam que os pontos são, provavelmente, aglomerados globulares, esferas apertadas de estrelas, muitas vezes encontradas nos confins das galáxias. Os da NGC 1052-DF2 são misteriosos por si só: muitos são comparáveis ​​em brilho aos de Omega Centauri, o aglomerado globular mais brilhante da Via Láctea. Medindo seus movimentos, os astrônomos puderam calcular a massa do material contido dentro de suas órbitas, e então descobriram que a matéria escura é muito esparsa ou simplesmente não existe por lá.

Por mais incrível ou contra-intuitivo que isso pareça, a existência de uma galáxia assim pode ajudar a comprovar a existência da matéria escura. A equipe argumenta que as teorias alternativas à matéria escura têm problemas em explicar um objeto assim.

Teorias como a dinâmica newtoniana modificada e uma nova ideia chamada gravidade emergente, por exemplo, propõem que não há matéria escura. Em vez de as galáxias serem preenchidas com misteriosas coisas invisíveis, essas teorias postulam, a gravidade funciona de maneira diferente do esperado em escalas galácticas, de uma maneira que apenas imita a presença de matéria escura. Mas se isso fosse verdade, então todas as galáxias deveriam obedecer a essas diferentes leis da gravidade e parecerem conter matéria escura, sem exceções.

Teorias que desafiam a existência da matéria escura precisarão explicar a nova afirmação sobre a galáxia NGC 1052-DF2 para sobreviver.

Dois lados da mesma moeda

Mas a nova descoberta também representa um desafio para os teóricos da matéria escura. Afinal, se a matéria escura é real, os físicos ainda precisam explicar como as estrelas da NGC 1052-DF2 se separaram dela. A galáxia está em uma das pontas de dois extremos. Ela parece ser o exato oposto de outra galáxia, chamada Dragonfly 44, outra descoberta estranha feita pela mesma equipe em 2016. Enquanto a NGC 1052-DF2 parece não ter matéria escura, a Dragonfly 44 parece ter muito mais matéria escura relativa a matéria visível do que os astrônomos esperavam.

Ambas as descobertas desafiam as relações normais de escala de galáxias e exigem novas teorias sobre como as galáxias se formam. “É um momento muito divertido no mundo da física das galáxias”, diz Annika Peter, astrônoma da Universidade Estadual de Ohio, também nos EUA, em uma matéria do site Quanta Magazine.

A maioria dos caminhos para explicar a formação da NGC 1052 – DF2 leva a seus vizinhos galácticos. Para Peter, o objeto deve estar em um grupo de galáxias, que teria influenciado na perda da matéria escura. Ela explica que o campo gravitacional maior das galáxias adjacentes poderia ter puxado a matéria escura para longe dela, arrancando a toalha debaixo das estrelas, mantendo as configurações do lugar intactas.

Van Dokkum e seus colegas têm outras ideias. Por exemplo, eles acreditam que ela pode ser resultado de uma fusão de galáxias. Quando duas galáxias se fundem, fluxos de gás podem colidir, enquanto acredita-se que a matéria escura passaria por isso sem fazer interações. Isso permitiria que o gás formasse estrelas longe de aglomerados de matéria escura. No entanto, essa galáxia não parece ter os recursos semelhantes a caudas que normalmente acompanham esse processo. Van Dokkum diz que, por enquanto, todas as teorias que tentam explicar esta estranha descoberta têm seus problemas

A equipe está agora propondo observações adicionais da NGC 1052-DF2. Uma prioridade será medir a massa da galáxia observando as órbitas de suas estrelas, não apenas os movimentos dos aglomerados globulares brilhantes. A comunidade da astrofísica estará prestando atenção. “É muito difícil argumentar contra os dados”, diz Geha. “Mas eu pessoalmente quero muito mais estudos sobre este objeto antes de estar pronto para ser totalmente convencido.”

O próximo passo é descobrir se esta galáxia é uma exceção ou a norma. Se os astrofísicos encontrarem mais galáxias semelhantes, eles terão que revisar suas teorias atuais sobre a matéria escura. A principal teoria – que a matéria escura consiste das chamadas partículas massivas de interação fraca, cada uma ligeiramente mais pesada que um próton – não seria capaz de explicar a existência de muitas galáxias sem matéria escura. [Quanta Magazine, Wired]