Numa impressionante investigação gravitacional, astrónomos identificaram uma enigmática e densa concentração de matéria invisível no interior de uma galáxia cuja luz demorou 7,3 mil milhões de anos a chegar até nós.
A natureza exacta desta concentração continua por esclarecer, mas trata-se de um objecto extraordinariamente pequeno para a distância a que foi encontrado: possui apenas cerca de um milhão de vezes a massa do Sol. É o mais pequeno objecto detectado através da gravidade a grandes distâncias cósmicas, sendo cerca de 100 vezes menos massivo do que o recordista anterior.
«Este é o objecto de menor massa que conhecemos, por duas ordens de grandeza, detectado a uma distância cosmológica através do seu efeito gravitacional», explica uma equipa liderada pelo astrofísico Devon Powell, do Instituto Max Planck de Astrofísica, na Alemanha.
«Este trabalho demonstra a viabilidade observacional de utilizar imagens gravitacionais para investigar o regime de milhões de massas solares muito para lá do nosso Universo local.»
Matéria escura e lentes gravitacionais
As observações do Universo indicam que existe algo que não emite luz e que interage com o restante Universo apenas por meio da gravidade.
Chamamos matéria escura a essa substância, existindo várias explicações possíveis para a sua natureza. A uniformidade da matéria - isto é, se se apresenta lisa ou agrupada em concentrações - pode ajudar os cientistas a restringir essas hipóteses. Contudo, uma vez que a matéria escura não emite luz, cartografar a sua distribuição é uma tarefa difícil.
É aqui que entra a gravidade. Tudo o que tem massa no Universo curva o espaço-tempo à sua volta: quanto maior for a massa, maior será essa curvatura. Imagine-se, por exemplo, uma bola de bowling colocada sobre um trampolim. Se fizer rolar uma berlinde pela superfície esticada, esta seguirá uma trajectória curva em torno da bola.
Agora, imagine que a bola de bowling é uma galáxia e que a berlinde é um fotão. Um conjunto de fotões proveniente de uma galáxia distante, ao atravessar o espaço-tempo deformado pela gravidade de uma galáxia mais próxima - a bola de bowling -, chega até nós esticado, distorcido e ampliado. A este fenómeno chama-se lente gravitacional.
Estas lentes são uma ferramenta notável para estudar o Universo distante, pois ampliam o espaço profundo de uma forma que a tecnologia não consegue reproduzir. Porém, os astrónomos também podem usar essa luz distante, alongada e deformada, para traçar a distribuição de matéria na lente situada em primeiro plano.
A lente gravitacional JVAS B1938+666
Foi precisamente isso que Powell e os seus colegas procuraram fazer. Recorrendo a uma vasta rede de telescópios, incluindo o Telescópio Green Bank, o Very Long Baseline Array e a Rede Europeia de Interferometria de Linha de Base Muito Longa, concentraram-se num conhecido sistema de lente gravitacional denominado JVAS B1938+666.
O sistema é composto por uma galáxia em primeiro plano, cuja luz percorreu cerca de 7,3 mil milhões de anos até chegar até nós, e por outra galáxia mais distante, a aproximadamente 10,5 mil milhões de anos-luz em tempo de viagem da luz. A luz desta última foi esticada e quadruplicada pela galáxia em primeiro plano.
Uma das imagens da galáxia sujeita ao efeito de lente apresenta-se como um arco luminoso, brilhante e esbatido. Nesse arco, os investigadores detectaram uma espécie de covinha apertada. Determinaram que essa constrição não poderia ter sido produzida apenas pela galáxia que funciona como lente. Em vez disso, a causa terá de ser uma concentração de massa, uma conclusão alcançada com um impressionante nível de confiança de 26 sigma.
«Na primeira imagem de alta resolução, observámos de imediato um estreitamento no arco gravitacional, o sinal revelador de que estávamos perante algo», afirma o astrónomo John McKean, da Universidade de Groningen, nos Países Baixos.
«Só outra pequena concentração de massa entre nós e a galáxia de rádio distante poderia causar isto.»
Uma concentração invisível de cerca de um milhão de massas solares
A massa não emite luz, nem nos comprimentos de onda ópticos, de rádio ou infravermelhos. Ou é inteiramente escura, ou é demasiado ténue para ser observada. Isso significa que pode corresponder a várias possibilidades. As candidatas mais prováveis são uma concentração de matéria escura ou uma galáxia anã que emite luz insuficiente para ser detectada.
Neste momento, ambas as opções são plausíveis, sendo necessários mais esforços de investigação para identificar o responsável.
«Tendo em conta a sensibilidade dos nossos dados, esperávamos encontrar pelo menos um objecto escuro, pelo que a nossa descoberta é consistente com a chamada “teoria da matéria escura fria”, na qual assenta grande parte do nosso entendimento sobre a formação das galáxias», afirma Powell.
«Depois de encontrarmos um, a questão passa agora por saber se conseguimos encontrar mais e se o seu número continuará a concordar com os modelos.»
Os resultados foram descritos em artigos complementares publicados na Nature Astronomy e na Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
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