Os cientistas estão descobrindo que as galáxias podem se movimentar entre grandes distâncias e contra as previsões de modelos cosmológicos básicos. A razão pela qual poderia mudar tudo o que pensamos saber sobre o universo.
A Via Láctea, a galáxia em que vivemos, é uma das centenas de bilhões de galáxias espalhadas pelo universo. Sua variedade é impressionante: espirais, galáxias anelares em forma de laços cravejados de estrelas e galáxias antigas que superam praticamente todo o resto do universo.
Mas, apesar das diferenças e das distâncias incompreensíveis entre eles, os cientistas notaram que algumas galáxias se movem juntas em padrões estranhos e muitas vezes inexplicáveis, como se estivessem conectados por uma vasta força invisível.
Galáxias a poucos milhões de anos-luz um do outro podem se afetar gravitacionalmente de maneiras previsíveis, mas os cientistas observaram padrões misteriosos entre galáxias distantes que transcendem essas interações locais.
Essas descobertas sugerem a influência enigmática das chamadas "estruturas de grande escala" que, como o nome sugere, são os maiores objetos conhecidos no universo. Essas estruturas escuras são feitas de gás hidrogênio e matéria escura e assumem a forma de filamentos, folhas e nós que ligam galáxias em uma vasta rede chamada teia cósmica. Sabemos que essas estruturas têm implicações importantes para a evolução e os movimentos das galáxias, mas mal arranhamos a superfície da dinâmica das raízes que as conduzem.
Os cientistas estão ansiosos para adquirir esses novos detalhes, porque alguns desses fenômenos desafiam as idéias mais fundamentais sobre o universo.
"Essa é realmente a razão pela qual todo mundo está sempre estudando essas estruturas em larga escala", disse Noam Libeskind, cosmógrafo do Leibniz-Institut for Astrophysics (AIP) na Alemanha, em uma chamada. "É uma maneira de investigar e restringir as leis da gravidade e a natureza da matéria, matéria escura, energia escura e o universo".
Por que as galáxias distantes estão se movendo em uníssono?
As galáxias tendem a formar aglomerados gravitacionais que pertencem a superaglomerados ainda maiores. O endereço cósmico de forma longa da Terra, por exemplo, teria que observar que a Via Láctea faz parte do Grupo Local, uma gangue de várias dúzias de galáxias. O Grupo Local está dentro do superaglomerado Virgo, contendo mais de 1.000 galáxias.
Nessas escalas mais "locais", as galáxias freqüentemente mexem com as rotações, formas e velocidades angulares uma da outra. Às vezes, uma galáxia come outra, um evento conhecido como canibalismo galáctico. Mas algumas galáxias mostram ligações dinâmicas através de distâncias grandes demais para serem explicadas por seus campos gravitacionais individuais.
Por exemplo, um estudo publicado no Astrophysical Journal em outubro descobriu que centenas de galáxias estavam girando em sincronia com os movimentos de galáxias que estavam a dezenas de milhões de anos-luz de distância.
"Essa descoberta é bastante nova e inesperada", disse o principal autor Joon Hyeop Lee, astrônomo do Instituto de Ciências Espaciais e Espaciais da Coréia, em um email. "Eu nunca vi nenhum relatório anterior de observações ou qualquer previsão de simulações numéricas, exatamente relacionadas a esse fenômeno."
Lee e seus colegas estudaram 445 galáxias dentro de 400 milhões de anos-luz da Terra e notaram que muitas das que giravam em direção à Terra tinham vizinhos que se moviam em direção à Terra, enquanto as que giravam na direção oposta tinham vizinhos se afastando. Terra.
"A coerência observada deve ter alguma relação com estruturas de grande escala, porque é impossível que as galáxias separadas por seis megarsegundos (aproximadamente 20 milhões de anos-luz) interajam diretamente entre si", disse Lee.
Lee e seus colegas sugerem que as galáxias sincronizadas possam ser incorporadas ao longo da mesma estrutura em grande escala, que gira muito lentamente no sentido anti-horário. Essa dinâmica subjacente pode causar o tipo de coerência entre a rotação das galáxias estudadas e os movimentos de seus vizinhos, embora ele tenha advertido que serão necessárias muito mais pesquisas para corroborar as descobertas e conclusões de sua equipe.
Embora essa iteração específica de galáxias estranhamente sincronizadas seja nova, os cientistas observaram coerências estranhas entre galáxias a distâncias ainda mais impressionantes. Em 2014, uma equipe observou curiosos alinhamentos de buracos negros supermassivos nos núcleos dos quasares, que são galáxias ultraluminosas antigas, que se estendem por bilhões de anos-luz.
Liderados por Damien Hutsemékers, astrônomo da Universidade de Liège, na Bélgica, os pesquisadores foram capazes de observar essa sincronicidade sinistra observando o universo quando ele tinha apenas alguns bilhões de anos, usando o Very Large Telescope (VLT) no Chile. As observações registraram a polarização da luz de quase 100 quasares, que a equipe usou para reconstruir a geometria e o alinhamento dos buracos negros em seus núcleos. Os resultados mostraram que os eixos de rotação de 19 quasares nesse grupo eram paralelos, apesar de separados por vários bilhões de anos-luz.
A descoberta, publicada na revista Astronomy & Astrophysics , é um indicador de que estruturas em larga escala influenciaram a dinâmica das galáxias através de grandes distâncias no universo primitivo.
"Sabe-se que os eixos de rotação da galáxia se alinham com estruturas de grande escala, como filamentos cósmicos, mas isso ocorre em escalas menores", disse Hutsemékers em um email, observando que os estudos teóricos propuseram algumas explicações preliminares desse processo.
“No entanto, atualmente não há explicação por que os eixos dos quasares estão alinhados com o eixo do grande grupo em que estão inseridos”, observou ele.
A verdade por trás das galáxias sincronizadas pode mudar tudo
O segredo dessas galáxias sincronizadas pode representar uma ameaça ao princípio cosmológico, uma das suposições básicas sobre o universo. Este princípio afirma que o universo é basicamente uniforme e homogêneo em escalas extremamente grandes. Mas a “existência de correlações nos eixos quasares em escalas tão extremas constituiria uma anomalia séria para o princípio cosmológico”, como observam Hutsemékers e seus colegas em seu estudo.
No entanto, Hutsemékers 'advertiu que mais dessas estruturas precisariam ser identificadas e estudadas para provar que essa é uma séria ruga no princípio cosmológico. "Outras estruturas semelhantes são necessárias para confirmar uma anomalia real", disse ele.
No momento, a dinâmica por trás dessas posições do quasar não é bem compreendida porque existem poucas técnicas de observação para refiná-las. "No que diz respeito aos alinhamentos em grande escala, estamos essencialmente aguardando mais dados", disse Hutsemékers. "Esses estudos são estatísticos e um passo adiante exigiria uma grande quantidade de dados de polarização, não fácil de reunir com a instrumentação atual".
Futuros radiotelescópios, como o Square Kilometer Array, poderão detectar esses alinhamentos misteriosos com mais detalhes.
“Uma das grandes coisas da ciência é que você pode criar um modelo com milhares de dados, mas se uma coisa não fica, ela começa a quebrar. Essa rachadura tem que ser selada ou vai derrubar a casa inteira.
Os alinhamentos quasares não são os únicos obstáculos que galáxias estranhamente sincronizadas apresentaram aos modelos estabelecidos do universo. De fato, um dos debates mais controversos da cosmologia atualmente está centrado na maneira inesperada pela qual as galáxias anãs parecem se alinhar perfeitamente em torno de galáxias hospedeiras maiores, como a Via Láctea.
Atualmente, essas galáxias satélites são um espinho no lado conhecido como modelo ΛCDM, que é uma linha do tempo teórica do universo desde o Big Bang. Simulações do universo sob o modelo ΛCDM prevêem que pequenas galáxias satélites acabarão em um enxame de órbitas aleatórias ao redor de galáxias hospedeiras maiores.
Mas, na última década, novas observações revelaram que uma grande parte das galáxias satélites ao redor da Via Láctea está sincronizada em um plano orbital arrumado. A princípio, os cientistas se perguntaram se isso simplesmente significava que algo estranho estava acontecendo com nossa própria galáxia, mas um plano semelhante de satélites foi observado em torno de Andrômeda.
Os alarmes começaram a tocar em 2015, quando os astrônomos publicaram pela terceira vez observações do mesmo fenômeno em torno do Centaurus A, uma galáxia elíptica a cerca de 10 milhões de anos-luz da Via Láctea.
Essa descoberta "sugere que algo está errado com as simulações cosmológicas padrão", de acordo com um estudo subsequente de 2018 na Science , liderado por Oliver Müller, astrônomo da Universidade de Estrasburgo, na França.
"No momento, observamos isso nas três galáxias mais próximas", disse Müller em uma ligação. “Claro, você sempre pode dizer que são apenas três, por isso ainda não é estatístico. Mas mostra que toda vez que temos bons dados, os encontramos, para que possam ser universais. ”
Em um estudo de 2015 , Libeskind e seus colegas sugeriram que os filamentos na teia cósmica podem estar guiando essas galáxias organizadas, um processo que pode ser coerente com o modelo ΛCDM. Por fim, ainda não há uma resposta conclusiva para esse dilema.
"Uma das grandes coisas da ciência é que você pode criar um modelo com milhares de dados, mas se uma coisa não fica, ela começa a quebrar", disse Libeskind. "Essa rachadura tem que ser selada ou vai derrubar a casa inteira".
A próxima geração de pesquisas em galáxias
Essa incerteza tentadora motivou astrônomos como Marcel Pawlowski, um bolsista de Schwarzschild da AIP e co-autor do estudo de ciências de 2018 , a tornar esse problema o foco de suas pesquisas. Pawlowski está ansioso por dados da próxima geração de enormes observatórios da classe de 30 metros que possam mostrar se outras galáxias grandes estão cercadas por padrões isotrópicos ou organizados de galáxias satélites.
"O que temos que fazer agora é expandir nossa pesquisa para sistemas de satélite mais distantes, e encontrar galáxias por satélite e medir suas velocidades", disse Pawlowski em uma ligação.
"O campo realmente avançou por causa desse debate na literatura", acrescentou Pawlowski. "Foi muito bom ver como as evidências observacionais se tornaram cada vez mais sólidas".
Sejam os movimentos estranhos das galáxias anãs em nosso próprio bairro galáctico ou o misterioso alinhamento de galáxias ao longo de milhões ou bilhões de anos-luz, é claro que os movimentos de dança das galáxias são uma chave essencial para desbloquear a estrutura em larga escala do universo.
As galáxias que vemos capturadas em posições estáticas em belas imagens de campo profundo são na verdade guiadas por muitas forças complexas que ainda não compreendemos completamente, incluindo a teia cósmica que sustenta o universo.
"O que eu realmente gosto nessas coisas é que ainda estamos na fase pioneira", disse Müller. "Isso é super emocionante."
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