ALMA revela uma assinatura subtil de matéria escura

Observações pioneiras revelam flutuações da matéria escura abaixo do nível das galáxias, confirmando as teorias da matéria escura fria e fornecendo novos insights sobre a formação do universo.

Uma equipe de pesquisa liderada pelo professor Kaiki Taro Inoue da Universidade de Kindai (Osaka, Japão) detectou flutuações na distribuição da matéria escura no universo em escalas menores que as de galáxias massivas usando o interferômetro de rádio mais poderoso do mundo, o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array. . Matriz).Alma), localizado na República do Chile.

Esta é a primeira vez que flutuações espaciais da matéria escura foram detectadas no universo distante numa escala de 30 mil anos-luz. Este resultado mostra que a matéria escura fria^[1] Isto é preferível mesmo em escalas menores do que as galáxias massivas e é um passo importante para a compreensão da verdadeira natureza da matéria escura. O artigo será publicado em o Jornal Astrofísico.

Figura 1. Flutuações detectadas na matéria escura. A cor laranja mais brilhante indica áreas com alta densidade de matéria escura e a cor laranja mais escura indica áreas com baixa densidade de matéria escura. As cores branca e azul representam objetos com lentes gravitacionais observados pelo ALMA. Fonte: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), KT Inoue et al.

os pontos principais

• Observação por um dos maiores interferômetros de ondas de rádio do mundo, ALMA, um projeto internacional.
• A primeira detecção de flutuações de matéria escura no universo em escalas inferiores a 30 mil anos-luz.
• Um passo importante para esclarecer a verdadeira natureza da matéria escura.

ALMA detecta flutuações em pequena escala na distribuição da matéria escura

Acredita-se que a matéria escura, a matéria invisível que constitui grande parte da massa do universo, tenha desempenhado um papel importante na formação de estruturas como estrelas e galáxias.^[2] Como a matéria escura não está uniformemente distribuída no espaço, mas sim em aglomerados, a sua gravidade pode alterar ligeiramente o caminho da luz (incluindo ondas de rádio) proveniente de fontes de luz distantes. As observações deste efeito (lente gravitacional) mostraram que a matéria escura está associada a galáxias e aglomerados de galáxias relativamente massivos, mas ainda não se sabe como ela se distribui em escalas menores.

A equipa de investigação decidiu usar o ALMA para observar um objeto a 11 mil milhões de anos-luz da Terra. O objeto é um quasar com lentes,^[3] MGJ0414+0534^[4] (doravante denominado “este quasar”).

Este quasar parece ter uma imagem quadrilátera devido ao efeito de lente gravitacional da galáxia em primeiro plano. No entanto, as posições e formas destas imagens aparentes diferem daquelas calculadas apenas a partir do efeito de lente gravitacional da galáxia em primeiro plano, sugerindo que o efeito de lente gravitacional da distribuição da matéria escura em escalas menores do que as galáxias massivas está em ação.

Figura 2: Diagrama conceitual do sistema de lentes gravitacionais MG J0414+0534. O objeto no centro da imagem indica uma galáxia lenticular. Laranja mostra matéria escura no espaço intergaláctico e amarelo claro indica matéria escura em uma galáxia lenticular. Crédito: NAOJ, KT Inoue

Verificou-se que existem flutuações espaciais na densidade da matéria escura mesmo numa escala de cerca de 30 mil anos-luz, o que é muito menor que a escala cósmica (várias dezenas de bilhões de anos-luz). Este resultado é consistente com a previsão teórica da matéria escura fria, que prevê que aglomerados de matéria escura existem não apenas no interior das galáxias (amarelo claro na Figura 2), mas também no espaço intergaláctico (laranja na Figura 2).

Os efeitos das lentes gravitacionais dos aglomerados de matéria escura encontrados neste estudo são tão pequenos que são extremamente difíceis de detectar por si só. No entanto, graças ao efeito de lente gravitacional causado pela galáxia em primeiro plano e à alta resolução do ALMA, conseguimos detectar os efeitos pela primeira vez. Portanto, esta pesquisa é um passo importante para verificar a teoria da matéria escura e esclarecer sua verdadeira natureza.

Esta investigação é apresentada num artigo intitulado “Medição ALMA do espectro de potência de lente a 10 kpc em direção ao quasar com lente MG J0414+0534” por KT Inoue et al. No Jornal Astrofísico.

Notas

1. Matéria escura fria
   À medida que o universo se expande, a densidade da matéria diminui, de modo que as partículas de matéria escura (matéria invisível à luz) não encontrarão mais outras partículas e terão um movimento independente diferente do movimento da matéria comum. Neste caso, as partículas de matéria escura que se movem a uma velocidade muito inferior à velocidade da luz em relação à matéria comum são chamadas de matéria escura fria. Devido à sua baixa velocidade, eles não têm a capacidade de apagar estruturas de grande escala no universo.
2. Formação da estrutura no universo
   No universo primitivo, acredita-se que estrelas e galáxias tenham se formado como resultado do crescimento gravitacional das flutuações na densidade da matéria escura e do acúmulo de hidrogênio e hélio sendo atraídos por aglomerados de matéria escura. A distribuição da matéria escura em escalas menores que as de galáxias massivas ainda é desconhecida.
3. Quasar
   Um quasar é a região central e compacta de uma galáxia que emite luz extremamente brilhante. A área combinada e seus arredores contêm uma grande quantidade de poeira que emite ondas de rádio.
4. MGJ0414+0534
   MG J0414+0534 está localizado na direção da constelação de Touro vista da Terra. O desvio para o vermelho (aumento no comprimento de onda da luz dividido pelo comprimento de onda original) deste objeto é z=2,639. A distância correspondente é assumida como sendo de 11 mil milhões de anos-luz, tendo em conta a incerteza nos parâmetros cosmológicos.

Referência: “Medição ALMA de espectros de força de lente a 10 kpc em direção ao quasar com lente MG J0414+0534” por Kaiki Taro Inoue, Takeo Minezaki, Satoki Matsushita e Koichiro Nakanishi, 7 de setembro de 2023, Jornal Astrofísico.
doi: 10.3847/1538-4357/aceb5f

Este trabalho foi apoiado por um subsídio para pesquisa científica da Sociedade Japonesa para a Promoção da Ciência (nº 17H02868, 19K03937), do Observatório Astronômico Nacional do Japão ALMA Joint Scientific Research Project 2018-07A, o mesmo que o Fundo de Pesquisa ALMA JAPAN NAOJ-ALMA-256 e Taiwan MoST. 103-2112-M-001-032-MY3, 106-2112-M-001-011, 107-2119-M-001-020, 107-2119- M-001-020.