Desde que iniciou as suas operações em 2022, o Telescópio Espacial James Webb (JWST) permitiu aos cientistas fazer avanços incríveis na nossa compreensão do Universo — especialmente nas suas primeiras épocas. No entanto, um mistério cosmológico duradouro sobre o qual o JWST não teve grande impacto é a natureza da matéria escura. Agora, uma nova pesquisa sugere que isso pode mudar em breve.
Embora se estime que 85% da matéria do universo seja matéria, é difícil de estudar porque não interage com a radiação eletromagnética (luz) ou interage muito fracamente para que possamos detectá-la diretamente. bem como a preparação matéria escura Efetivamente invisível, a falta de interação com a luz diz aos cientistas que as partículas que constituem a matéria escura não existem. prótons, nêutrons, E Elétrons Abrange as coisas cotidianas que vemos ao nosso redor todo inverno, desde estrelas supermassivas até vírus que tornam nossas vidas miseráveis todo inverno. A busca por uma possível partícula de matéria escura rendeu muitos suspeitos, mas todos permanecem decepcionantemente especulativos.
Estudando essas galáxias alongadas com JWST Os cientistas dizem que isso poderia ajudar a revelar a existência de matéria escura. “No universo em expansão definido pela teoria de Einstein Relatividade geral“As galáxias crescem ao longo do tempo a partir de pequenos aglomerados de matéria escura que formam os primeiros aglomerados estelares e se aglutinam em galáxias maiores através da sua gravidade colectiva”, disse Roger Windhorst, membro da equipa, da Universidade Estatal do Arizona, num comunicado.
“Mas agora o JWST sugere que as primeiras galáxias podem estar incorporadas em estruturas filamentares marcadas, que – ao contrário da matéria escura e fria – unem suavemente as regiões de formação estelar, como esperado se a matéria escura for uma partícula ultraleve, que também exibe comportamento quântico.”
Compreender a matéria escura é uma extensão
Quando usamos simulações para recriar como as primeiras galáxias se formaram no universo primitivo, permitir que o gás frio se acumule em filamentos na teia de matéria escura pode recriar muito bem a maioria das galáxias globulares que vemos no universo moderno.
No entanto, à medida que o JWST permite aos astrónomos olhar para galáxias nas fases iniciais do Universo, estão cada vez mais a encontrar galáxias filamentares que não são facilmente reproduzidas em simulações que se atêm aos mecanismos padrão de acreção de gás para o nascimento de estrelas e o crescimento de galáxias.
Para investigar isto, Windhorst e colegas analisaram simulações do universo que incluíam diferentes tipos de matéria escura, além daqueles encontrados no modelo lambda de matéria escura fria (LCDM), o modelo de cosmologia mais amplamente aceito; “Fria” é a matéria escura, que não se refere à temperatura, mas sim à velocidade com que as partículas se movem.
Isto revelou que a “matéria escura difusa”, ou o comportamento ondulatório das partículas de ação ultraleve, pode ser responsável pela morfologia alongada das primeiras galáxias observadas pelo JWST.
“Se as partículas ultraleves formassem matéria escura, o seu comportamento semelhante a uma onda quântica impediria que formassem escalas físicas menores do que alguns anos-luz, o que contribuiria para o comportamento filamentar suave que o JWST vê agora a distâncias muito grandes,” disse o líder da equipa, Alvaro Bozo, do Centro Internacional de Física de Donostia.
A modelagem da equipe também indicou que partículas de “matéria escura quente” em movimento rápido, como neutrinos estéreis, também poderiam dar origem a galáxias filamentosas iniciais. Isso ocorre porque, tanto no cenário de matéria escura ondulatória quanto de matéria escura quente, essas partículas formam filamentos mais macios do que a matéria escura fria. À medida que o gás e as estrelas fluem lentamente por esses filamentos, galáxias alongadas começam a se formar.
O JWST continuará a estudar galáxias de formatos estranhos no universo primitivo, enquanto os pesquisadores na Terra continuam a construir simulações do universo primitivo. Reunir tudo isso ajudará a resolver o mistério da matéria escura.
A pesquisa da equipe foi publicada em 8 de dezembro na revista Astronomia Natural.
