Há ou não matéria escura? Um teste galáctico vai responder

Investigadores da Universidade de Bona e da Universidade da Califórnia usaram simulações de computador para criar um teste que pudesse responder a uma questão candente na astrofísica: será que a matéria escura realmente existe? Ou será que a lei gravitacional de Newton precisa de ser modificada?

O novo estudo, publicado no dia 25 de junho na Physical Review Letters, mostra que a resposta está escondida no movimento das estrelas dentro de pequenas galáxias satélite que giram em torno da Via Láctea.

Usando um dos supercomputadores mais rápidos do mundo, os cientistas simularam a distribuição da matéria nas chamadas galáxias “anãs” satélite, pequenas galáxias que rodeiam a Via Láctea ou Andrómeda, por exemplo.

Os investigadores focaram-se na denominada “relação de aceleração radial” (ou RAR). Nas galáxias de disco, as estrelas movem-se em órbitas circulares em torno do centro galáctico. A aceleração que as força constantemente a mudar de direção é provocada pela atração da matéria na galáxia.

A RAR descreve a relação entre esta aceleração e a provocada apenas pela matéria visível. Além disso, fornece uma visão acerca da estrutura das galáxias e da sua distribuição de matéria.

“Simulámos, pela primeira vez, a RAR das galáxias anãs partindo do pressuposto de que a matéria escura existe,” explica Cristiano Porciani, professor do Instituto Argelander de Astronomia da Universidade de Bona.

“Comportam-se como versões mais pequenas de galáxias maiores.” Mas e se não houver matéria escura e, em vez disso, a gravidade “funcionar” de forma diferente do que pensava Newton? “Neste caso, a RAR das galáxias anãs depende muito da distância até à galáxia de origem, enquanto isso não acontece se a matéria escura existir,” explica o investigador Emilio Romano-Díaz.

Esta diferença torna as galáxias satélite uma ferramenta poderosa para testar se a matéria escura realmente existe. A nave espacial Gaia, lançada pela ESA em 2013, já pode fornecer uma resposta.

No entanto, este enigma demorará anos até ser resolvido. “As medições individuais não são suficientes para testar as pequenas diferenças que encontramos nas simulações,” explica o estudante de doutoramento Enrico Garaldi.

“Mas ao observarmos repetidamente as mesmas estrelas, melhoramos todas as vezes as medições. Mais cedo ou mais tarde, será possível determinar se as galáxias anãs se comportam como estando num universo com matéria escura – ou não.”

O “cimento” que mantém as galáxias juntas

Esta questão é uma das mais prementes da cosmologia atual. A existência de matéria escura já foi sugerida há mais de 80 anos pelo astrónomo suíço Fritz Zwicky, que percebeu que as galáxias se movem tão depressa dentro dos aglomerados galácticos que estes deviam separar-se.

Assim, Zwicky postulou a presença de matéria invisível que, devido à sua massa, exerce gravidade suficiente para manter as galáxias nas suas órbitas observadas.

Na década de 1970, a sua colega norte-americana Vera Rubin descobriu um fenómeno semelhante em galáxias espirais como a Via Láctea: giram tão depressa que a sua força centrífuga deveria separá-las caso apenas a matéria visível estivesse presente.

Hoje, a maioria dos físicos está convencida de que a matéria escura representa cerca de 80% da massa do Universo. Como não interage com a luz, é invisível aos telescópios.

No entanto, apesar dos numerosos esforços experimentais, não temos evidências diretas da existência da matéria escura. Isto levou os astrónomos à hipótese de que a força gravitacional propriamente dita pode comportar-se de maneira diferente do que se pensava anteriormente.

De acordo com a chamada teoria MOND (MOdified Newtonian Dynamics), a atração entre duas massas obedece às leis de Newton apenas até certo ponto. Em acelerações muito pequenas, como as das galáxias, a gravidade torna-se consideravelmente mais forte. Portanto, as galáxias não se desfazem devido à sua velocidade de rotação e a teoria MOND pode dispensar esta misteriosa lacuna observacional.

O novo estudo abre, assim, a possibilidade de os astrónomos testarem estas duas hipóteses num regime sem precedentes.