Aglomerado Bullet e Matéria Escura

Descrição da imagem: O que vemos nesta imagem composta em falsas cores?
Vemos toda a matéria do Aglomerado Bullet. Os dois aglomerados de galáxias de Balas estão na área azul, e as duas nuvens de gás galáctico são vistas em raios X, em vermelho. As áreas de cor azul representam a maior parte da massa dos aglomerados, ou seja, a matéria escura, seis vezes mais massiva que a matéria comum. O Aglomerado Bullet é o menor dos dois aglomerados, aquele que passa pelo outro (área azul da direita). A gigantesca colisão "despenteada" os dois aglomerados de seu halo de gás, causando uma onda de choque visível na ponta da pequena mancha vermelha. Esta onda de choque comprimiu fortemente e, portanto, aqueceu os gases do aglomerado ao ponto de atingir 100 milhões de graus. Podemos distinguir algo como uma bala seguida de seu rastro de gás. Crédito: NASA CXC CfA.

O Aglomerado Bullet

O Aglomerado Bullet, também conhecido como 1E 0657-56, é um aglomerado de galáxias famoso por sua colisão espetacular entre dois aglomerados menores. Localizado a cerca de 3,4 bilhões de anos-luz, este aglomerado foi estudado em detalhes pelo Telescópio Espacial Hubble e pelo Observatório de Raios X Chandra. Seu nome, "Bala," refere-se à forma distintiva do aglomerado resultante da colisão.

O Aglomerado Bullet é composto por milhares de galáxias, gás quente e matéria escura. As observações em raios X de Chandra revelaram que o gás quente, que representa a maior parte da matéria bariónica (visível), está separado da matéria escura. Esta separação é uma prova direta da existência da matéria escura, pois ela não interage com a matéria comum da mesma maneira que o gás quente.

As observações do Aglomerado Bullet permitiram que os astrônomos utilizassem o efeito de lente gravitacional para mapear a distribuição da matéria escura. Ao observar as distorções das imagens das galáxias de fundo, os cientistas puderam confirmar a presença e a distribuição da matéria escura no aglomerado. Esta técnica foi crucial para compreender a dinâmica da colisão e a estrutura interna do aglomerado.

Matéria Escura no Aglomerado Bullet

Os aglomerados de galáxias não são compostos apenas por galáxias; eles estão banhados em gás frio de baixa densidade (1000 partículas/m3) e gás quente (10 a 100 milhões de graus). A essas temperaturas, o gás está completamente ionizado; é um plasma visível no domínio dos raios X. O gás está distribuído de maneira muito mais difusa; preenche o espaço entre as galáxias e se estende muito além. A massa do gás pertencente à galáxia é muito maior que a massa da própria galáxia. Se medirmos a dinâmica gravitacional do Universo em grande escala, a massa da matéria comum no Universo observável representa apenas 4% da massa total. 23% da massa seria matéria escura e 73% energia escura. Isso é descrito no modelo SCDM (Matéria Escura Fria Padrão). O que vemos quando observamos a luz das estrelas, galáxias e aglomerados é matéria comum.

Como Podemos Ver a Matéria Escura?

Toda a matéria, matéria comum e matéria escura, está sujeita às forças do campo gravitacional. O Aglomerado Bullet ou 1E 0657-56, observável na constelação de Carina, é o resultado da colisão de dois aglomerados de galáxias que ocorreu há 150 milhões de anos. O estudo dessa colisão começou em agosto de 2006 e forneceu uma das evidências mais fortes da existência da matéria escura.

Quando os aglomerados colidem, a matéria comum (estrelas, gás e poeira) é perturbada pelas forças gravitacionais. Na realidade, objetos pesados como estrelas não colidem; eles passam uns pelos outros sem se encontrar, porque o espaço entre as estrelas é imenso. As estrelas, portanto, não são afetadas pela colisão; podem ser ligeiramente aceleradas ou desaceleradas gravitacionalmente, mas não destruídas. Por outro lado, durante a colisão, os gases frios e quentes que constituem a maior parte da massa bariónica das galáxias interagirão entre si; eles serão fortemente e rapidamente desacelerados. Eles se misturarão mais facilmente devido à sua liberdade atômica e sua ligação muito fraca. Isso é o que vemos na imagem composta.

Esta gigantesca colisão entre os dois aglomerados liberou uma energia considerável. É no domínio dos raios X que a observação da colisão nos dá uma nova visão sobre a matéria escura, pois as estrelas, os gases e a matéria escura se comportam de maneira diferente durante a colisão.

As galáxias dos dois aglomerados de galáxias são observadas em luz visível; estes são os múltiplos pontos brancos. Os gases quentes dos dois aglomerados são observados em raios X; estes são as nuvens vermelhas. A matéria escura é representada pela luz azul difusa.

Na imagem, há centenas de galáxias agrupadas em aglomerados, mas vemos principalmente um pequeno aglomerado de galáxias na mancha azul da direita e um grande aglomerado de galáxias na mancha azul da esquerda. As duas envelopes gasosas dos dois aglomerados estão em vermelho; a pequena mancha vermelha segue a pequena mancha azul, e a grande mancha vermelha segue a grande mancha azul. Na realidade, o pequeno aglomerado de galáxias à direita acaba de passar pelo grande aglomerado à esquerda.

A gigantesca colisão "despenteada" os dois aglomerados de seu halo de gás, causando uma onda de choque visível na ponta da pequena mancha vermelha. Esta onda de choque comprimiu fortemente e, portanto, aqueceu os gases do aglomerado ao ponto de atingir 100 milhões de graus. Em alguns lugares, o Observatório de Raios X Chandra mediu uma velocidade de movimento dos gases de 4500 km/s.

Os dois aglomerados agora estão separados por 3,4 anos-luz, e a massa total calculada com base em sua velocidade e distância representa muito mais que a massa da matéria comum visível (galáxias vistas no domínio óptico e gás visto no domínio dos raios X). Estas são as áreas intencionalmente coloridas em azul que mostram a distribuição da matéria escura invisível no aglomerado. Nesta colisão frontal titânica, a matéria escura se comportou como a matéria comum; não interagiu; passou pela outra matéria escura sem impacto, enquanto o gás interestelar foi arrancado dos aglomerados. Isso causou a onda de choque que vemos na nuvem vermelha em forma de bala de gás à direita. A clara separação da matéria escura e das nuvens de gás é considerada uma prova direta da existência da matéria escura.