Nosso universo está cheio de mistérios, mas poucos são tão desconcertantes quanto as pequenas galáxias escuras que orbitam outras grandes como a Via Láctea.
Um orbe anão pequeno, escuro e quase invisível Galáxias Algo que não podemos ver está cheio até a borda: matéria escura. Eles são como icebergs cósmicos, com grande parte de sua massa escondida da vista de todos, o que os torna objetos muito atraentes. universo.
No entanto, quando olhamos atentamente para os movimentos reais das estrelas dentro de muitos destes Galáxias anãsO que frequentemente vemos é uma montanha plana e lisa – um “núcleo”. É como encontrar um planalto perfeitamente suave e convidativo onde você esperaria um cume irregular e intransponível. Esta inconsistência persistente desencadeou um intenso debate sobre a nossa compreensão da matéria escura, ou talvez nos perguntemos. Formação de constelação Por si só, basicamente desligado.
Este mistério desafiou a imagem padrão de como as galáxias se formam e evoluem. Mas os astrónomos são espertos e continuam a escavar. Considere isto: estas galáxias não nascem com a sua forma final, mas sim seguem o modelo cósmico e evoluem para ele. Esta é a ideia do coração Nova pesquisa George Benarrubia e Ethan O., afiliados ao Instituto de Astronomia da Universidade de Edimburgo e ao Departamento de Astronomia e Astrofísica da Universidade da Califórnia, San Diego. De Nadler et al. Eles propõem que as galáxias anãs esferoidais estão sempre se movendo em direção a uma configuração específica e estável, um local de repouso cósmico que chamam de “atrator cinético”. Assim como toda pequena galáxia tem uma forma final predeterminada, ela está destinada a desenvolver-se nessa forma, quaisquer que sejam as suas condições iniciais.
Como uma galáxia encontra o caminho para este mapa preciso? Não é um deslizamento suave em direção ao equilíbrio. Estrelas Dentro dessas galáxias anãs há uma banda cósmica constante e caótica. Eles não giram em torno do centro da galáxia como os planetas giram em torno de uma estrela. Em vez disso, continuam a maravilhar-se com o que Benarrubia e Nadler descrevem como “flutuações aleatórias de poder”. Pense nisso como uma máquina de pinball. As estrelas são pinballs e, em vez de paredes perfeitamente lisas, esbarram constantemente em pára-choques invisíveis e imprevisíveis, sempre ganhando alguma energia.
O que são esses pára-choques invisíveis? Eles são “halos escuros” – grandes aglomerados de matéria escura macia na galáxia A matéria escura é um halo. Sim, mesmo dentro da misteriosa matéria escura, existem pedaços minúsculos e irregulares. causando problemas. Estas subhaloes escuras exercem forças gravitacionais imprevisíveis, dando energia às estrelas e empurrando as suas órbitas para fora. As estrelas ganham energia, suas órbitas se expandem e todo o sistema estelar começa a inchar e se espalhar. Este processo de expansão das órbitas galácticas e ganho de energia é uma espécie de “aquecimento” interno da galáxia, impulsionando sua evolução. Este aquecimento interno é uma força poderosa, mas não é o único jogo na cidade.
O universo é um lugar movimentado e muitas vezes violento, e as galáxias anãs esferoidais são frequentemente apanhadas pela atração gravitacional de galáxias mais massivas como a nossa. Via Láctea. Quando uma galáxia maior atrai uma galáxia menor, ela arranca suas camadas externas – um processo conhecido como remoção de maré. Esta remoção acelera o aquecimento e a expansão da galáxia anã, movendo-a mais rapidamente em direção ao atrator dinâmico. Mas mesmo as galáxias anãs que flutuam sozinhas no vazio cósmico, isoladas da atração gravitacional dos seus vizinhos maiores, ainda evoluem em direção a esta atração através do seu próprio aquecimento interno. Isso vai demorar um pouco mais. Por exemplo, uma galáxia anã solitária pode precisar de até 14 mil milhões de anos – basicamente A idade do universo – atingir plenamente a sua forma estável.
Então, como é que Benarrubia e Nadler sabem que isto não é uma conjectura matemática inteligente? Eles não criam apenas uma teoria do nada. Estes investigadores criaram universos inteiros em miniatura e realizaram elaboradas “experiências com N-corpos” – extravagantes simulações de computador que rastreiam os movimentos de milhares de milhões de partículas estelares e subhalos escuros ao longo de milhares de milhões de anos. Eles colocaram alguns modelos de galáxias anãs em órbitas estranhas em torno de uma Via Láctea simulada para ver como o puxão constante das marés afetaria as coisas. As suas experiências mostram que uma galáxia anã globular deve libertar mais de 99% da sua matéria escura inicial antes de começar a perder um número significativo das suas estrelas, graças às quais as estrelas e a matéria escura são separadas ao longo do tempo.
E eles não pararam por aí. Eles também aplicaram o que chamam de “argumento do aquecimento” a dados do mundo real sobre galáxias anãs que orbitam a nossa Via Láctea. O que descobriram foi fascinante: estas galáxias seguem “traços de maré” específicos que correspondem ao que seria de esperar do seu modelo. Nas suas órbitas interestelares, em média, a velocidade à qual as estrelas orbitam – o que os astrónomos chamam de dispersão da velocidade – é cerca de metade da velocidade máxima à qual a matéria escura pode viajar para o halo. Isto se aplica a diferentes distribuições teóricas de matéria escura, que são “cúspides” pontiagudas em forma de pico ou “corts” suaves em forma de platô. Para um modelo de distribuição estelar típico, a proporção pode ser de 0,54 ou 0,48 para outro. Isso sugere um comportamento universal notavelmente consistente.
Isto significa que a incrível diversidade que vemos hoje em galáxias anãs esferoidais – os seus diferentes tamanhos e movimentos internos – é um instantâneo de como nasceram, não necessariamente organismos distintos. Em vez disso, é uma história dinâmica de evolução, uma viagem impulsionada pela gravidade interna tanto dos subhaloes escuros como pelas forças externas das marés de vizinhos maiores. Todos eles tendem para um estado comum e estável, uma espécie de destino cósmico. A diversidade estrutural que observamos é em grande parte um efeito evolutivo, não apenas uma dispersão aleatória de estados iniciais. Isso redefine nossa compreensão de sua estrutura e estabilidade.
É claro que a ciência não é estabelecida como um fato. Temos que resolver muitos mais quebra-cabeças. As tentativas de traçar a distribuição precisa da matéria escura dentro destas galáxias têm sido complicadas, em parte devido à chamada “degenerescência da anisotropia de massa”. É difícil dizer se as estrelas estão se movendo em direções completamente aleatórias ou se têm uma direção preferida, tornando o cálculo da atração gravitacional da matéria escura uma verdadeira dor de cabeça. Além disso, a orientação 3D completa destas galáxias ténues ao longo da nossa linha de visão muitas vezes não pode ser determinada, adicionando outra camada de incerteza ao seu halo total e perfis de densidade. Assim, embora tenhamos uma nova estrutura brilhante, os perfis precisos de massa total e densidade de galáxias esferoidais anãs individuais permanecem indefinidos. Por exemplo, este modelo simplifica sem levar em conta completamente como os subhaloes escuros afetam o potencial geral suave da matéria escura.
No entanto, este trabalho fornece uma nova e poderosa lente através da qual podemos ver estes pequenos mundos dominados pela matéria escura. Ele destaca como interações sutis e contínuas dentro e ao redor de uma galáxia podem alterar completamente seu destino. O universo tem uma maneira de guiar até mesmo os seus mais ínfimos habitantes em direção a padrões previsíveis e estáveis, proporcionando um maravilhoso vislumbre de uma história maior e em desenvolvimento. Evolução cósmica. Que outras atrações escondidas existem, esperando que descubramos? Ainda temos muito que aprender sobre como esses parceiros de dança cósmica dançam suas vidas, e o trabalho de detetive continua, uma galáxia pequena e escura de cada vez.
