Coma ou Cabeleira de Berenice: O Colosso Cósmico

O que é um aglomerado de galáxias?

Definição e composição dos aglomerados

Os aglomerados de galáxias são as maiores estruturas observáveis do nosso Universo. São constituídos por centenas de galáxias, ligadas entre si pelas suas próprias atrações gravitacionais.

Entre as galáxias há muita matéria, muito mais matéria do que nas próprias galáxias; esta matéria é constituída por gás mais ou menos quente e grãos de poeira. O gás quente, cuja temperatura pode atingir os 100 milhões de graus, forma um plasma, ou seja, uma sopa de matéria onde os eletrões estão separados dos núcleos. Nesta sopa de baixa densidade, 1000 partículas por metro cúbico, só há partículas carregadas, ou seja, iões e eletrões separados. Este plasma é um forte emissor de raios X.

As observações das velocidades das galáxias e do gás intra-aglomerado mostram que a massa visível (estrelas, gás) não é suficiente para explicar as forças gravitacionais observadas. A maior parte da massa do aglomerado é, portanto, atribuída à matéria escura.

Estrutura do aglomerado de Coma

Uma arquitetura esférica e densa

O aglomerado de Coma é um aglomerado de galáxias. É esférico, muito denso no seu centro, e contém mais de 1000 galáxias identificadas. Está localizado a 300 milhões de anos-luz com o aglomerado de Virgem na constelação de Virgem.

Braços de gás quente à escala de meio milhão de anos-luz

Estes enormes braços de gás quente que se veem no aglomerado de galáxias de Coma cobrem pelo menos meio milhão de anos-luz. Este campo de visão dá-nos uma ideia de como o aglomerado de Coma cresceu e continua a crescer através de fusões de pequenos grupos de aglomerados de galáxias.

Uma das maiores estruturas mantidas pela gravidade

Atualmente é uma das maiores estruturas do Universo mantidas unidas pela gravidade. Os dados óticos desta imagem composta mostram centenas de galáxias pertencentes ao aglomerado de Coma.

A preponderância do gás quente

Todas estas galáxias reunidas representam pouca massa em comparação com o conjunto da estrutura cósmica gasosa. Contêm apenas cerca de um sexto da massa de gás quente. Além disso, nesta imagem processada com dados de Chandra, só vemos as emissões de raios X mais brilhantes. Na realidade, o gás quente preenche completamente o campo de visão.

Origem dos braços de gás e papel dos campos magnéticos

Braços formados pelo gás arrancado durante os deslocamentos

Os investigadores acreditam que estes gigantescos braços se formaram provavelmente com o gás perdido pelos aglomerados de galáxias no seu deslocamento. O gás foi arrancado pelos "ventos" criados pelo movimento do aglomerado de galáxias. Na imagem ampliada, podemos ver galáxias a arrastar atrás de si uma nuvem de gás quente (em rosa).

Uma peculiaridade: duas galáxias elípticas gigantes no centro

Coma é um aglomerado de galáxias invulgar, pois contém não uma, mas duas galáxias elípticas gigantes perto do seu centro. Estas duas galáxias elípticas gigantes são provavelmente o resultado de fusões no passado de pequenos grupos de galáxias.

Fusões turbulentas... mas um gás surpreendentemente liso

A maioria dos modelos teóricos prevê que as fusões entre grupos como os de Coma produzem uma forte turbulência, como na superfície do mar agitada pela passagem de muitos navios. A observação do aglomerado de Coma mostra que estes longos braços de gás quente de forma lisa se encontram num ambiente bastante calmo, mesmo após numerosas fusões.

Campos magnéticos como reguladores da turbulência

Embora a quantidade de turbulência num aglomerado de galáxias seja difícil de estimar, os astrofísicos acreditam que são os campos magnéticos em grande escala que são provavelmente responsáveis pela pouca turbulência presente em Coma.

O domínio da matéria escura no aglomerado de Coma

Velocidades que traem uma massa invisível

A dinâmica das galáxias dentro do aglomerado de Coma é dominada pela gravidade da matéria escura. As velocidades orbitais das galáxias podem atingir várias centenas de quilómetros por segundo, valores demasiado elevados para serem explicados pela massa visível das estrelas e do gás intra-aglomerado. Aplicando o teorema do virial, os astrofísicos estimam que a massa total do aglomerado atinge aproximadamente 10¹⁵ massas solares.

Uma massa visível insignificante face à invisível

No entanto, a massa visível (galáxias e gás quente combinados) representa apenas cerca de 15% deste valor. O resto, ou seja, quase 85%, é, portanto, atribuído a uma forma de matéria ainda pouco conhecida: a matéria escura. Esta não emite, absorve nem dispersa luz, mas manifesta-se através da sua pegada gravitacional nos movimentos dos objetos celestes.

A matéria escura, arquiteta das grandes estruturas

As simulações numéricas da formação de grandes estruturas cósmicas mostram que aglomerados como Coma se formaram pelo colapso gravitacional de vastos halos de matéria escura, que depois atraem e aprisionam o gás e as galáxias. A distribuição espacial das galáxias no aglomerado de Coma, muito concentrada no seu centro, está em perfeito acordo com as previsões dos modelos de matéria escura fria (CDM (cold Dark Matter)).

Um laboratório para desvendar os mistérios do Universo escuro

O aglomerado de Coma é, portanto, um dos melhores laboratórios para testar a nossa compreensão da matéria escura e das leis da gravidade em grande escala. Futuras observações, especialmente em lentes gravitacionais fracas ou com instrumentos como o telescópio espacial Euclid, permitirão mapear com maior precisão a distribuição desta massa invisível e restringir as propriedades da matéria escura.