Estudo revela novos insights sobre a evolução das galáxias

Em um estudo recém-publicado na Astrophysical Journal Letters, os pesquisadores utilizaram o que afirmam serem as maiores amostras de galáxias especiais chamadas emissores de Lyman-alfa para investigar como as galáxias se agruparam ao longo de bilhões de anos. Ao fazer isso, eles obtiveram uma compreensão aprimorada de como as galáxias se relacionam com a matéria escura circundante e como evoluem ao longo do tempo.

“Analisar essas impressões digitais nos dá uma visão sobre a massa da matéria escura que envolve as galáxias”, disse Eric Gawiser, professor distinto do Departamento de Física e Astronomia da Escola de Artes e Ciências da Rutgers e autor do estudo. “As massas de matéria escura reveladas por este estudo são consistentes com a ideia de que as galáxias emissoras de Lyman-alfa evoluíram para as galáxias atuais como a nossa Via Láctea.”

Investigação das Eras do Universo

A análise, que avaliou imagens de amplo espectro em três diferentes eras da história do universo logo após o Big Bang, revelou padrões distintos, semelhantes a impressões digitais cósmicas. Esses padrões indicam onde a matéria escura está mais concentrada, disseram os pesquisadores.

A matéria escura, uma substância misteriosa que não emite luz ou energia, não pode ser vista, mas compõe a maior parte da massa do universo, de acordo com os cientistas. Eles sabem que a matéria escura existe porque sua gravidade afeta como as galáxias se movem e como esses vastos sistemas cósmicos estão organizados no espaço.

Uso de dados do projeto ODIN

O estudo, liderado pela estudante de doutorado da Rutgers, Dani Herrera, utilizou dados do projeto ODIN (One-hundred-square-degree DECam Imaging in Narrowbands), que é um grande projeto astronômico projetado para analisar mais de 100.000 galáxias emissoras de Lyman-alfa.

Os pesquisadores focaram em dados coletados de uma região do céu conhecida como Campo Profundo da Pesquisa de Evolução Cósmica (COSMOS), em uma das maiores pesquisas de céu profundo já realizadas. Observando profundamente no espaço e no passado distante, eles analisaram três períodos de tempo, cerca de 2,8 bilhões, 2,1 bilhões e 1,4 bilhões de anos após o Big Bang. Durante esses períodos, as galáxias emissoras de Lyman-alfa eram jovens e estavam ativamente formando estrelas, tornando-as marcadores ideais para o estudo. Elas também contêm gás hidrogênio que emite um brilho especial, permitindo que cientistas descubram grandes quantidades delas no universo distante.

O papel da matéria escura na formação de galáxias

“Queríamos encontrar a matéria escura cuja gravidade impulsiona as galáxias a se fundirem e crescerem,” disse Herrera. “Entender onde ela está e como evoluiu nos ajuda a entender como o próprio universo evoluiu.”

A matéria escura desempenha um papel crucial na formação de galáxias, agindo como uma “cola” gravitacional que ajuda a puxar o gás para formar galáxias, disse Herrera. Sua massa invisível cria poços profundos no espaço onde as galáxias podem crescer, fundir-se e evoluir, formando a estrutura em grande escala do universo.

“Usamos a aglomeração dessas galáxias para identificar onde a matéria escura era mais densa,” disse Gawiser. “Visualizar isso com um mapa de contornos, da mesma forma que um mapa de trilhas mostra elevações, nos permite observar as ‘impressões digitais’ da matéria escura no universo distante.”

Resultados surpreendentes

Um resultado se destacou. Três por cento a 7% das regiões densas de matéria escura capazes de abrigar galáxias contêm galáxias emissoras de Lyman-alfa, descobriram. Isso significa que as galáxias emissoras de Lyman-alfa representam uma pequena porcentagem das galáxias formadas onde a matéria escura é mais densa. A baixa porcentagem sugere que as galáxias foram observadas durante uma fase de curta duração, brilhando em luz de Lyman-alfa por dezenas a centenas de milhões de anos.

Técnicas de pesquisa utilizadas

Para descobrir esses resultados, os pesquisadores usaram uma técnica chamada agrupamento, que mede como as galáxias estão agrupadas em comparação com distribuições aleatórias. Eles calcularam a função de correlação angular, um método de contagem de pares de galáxias.

Impacto futuro da pesquisa

Essa pesquisa, disseram os cientistas, não apenas aprofunda a compreensão da evolução das galáxias, mas também ajuda os cientistas a refinarem modelos da estrutura do universo. À medida que a pesquisa ODIN continua, futuros estudos se expandirão para mais galáxias, oferecendo uma visão mais completa da teia cósmica, disseram.

“Embora invisível para nossos telescópios, a matéria escura molda o universo por meio de interações com material visível,” disse Gawiser. “Enquanto alguns tentam entender o que é, outros, como esta equipe de pesquisa, tentam entender onde está e o que isso implica sobre a evolução do universo.”