O anel de Einstein sugere que a matéria escura interage consigo mesma

A galáxia surpreendentemente densa JWST-ER1 e seu anel de Einstein, fotografados pelo Telescópio Espacial James Webb da NASA no ano passado.

No vasto cosmos, os astrônomos são atraídos por uma galáxia surpreendentemente densa. Localizada a mais de dezessete bilhões de anos-luz da Terra, a galáxia JWST-ER1, descoberta pelo Telescópio Espacial James Webb (JWST) da Nasa, fornece uma pista sobre a natureza misteriosa da matéria escura.

O que é um anel de Einstein?

Quando a luz de uma fonte distante, como uma galáxia, passa perto de uma massa muito densa, como outra galáxia ou um aglomerado de galáxias, a gravidade dessa massa age como uma lente, distorcendo o caminho da luz. Esse fenômeno, previsto pela teoria da relatividade geral de Albert Einstein, é conhecido como lente gravitacional.

No caso específico do JWST-ER1, essa lente gravitacional resultou em um efeito surpreendente conhecido como anel de Einstein. Tal anel é formado quando a fonte de luz, a lente gravitacional e o observador estão alinhados com muita precisão. Os raios de luz são desviados em torno da massa intermediária e, eventualmente, se encontram do outro lado para formar um círculo de luz.

A galáxia é mais densa do que parece

Ao estimar o grau de distorção espaço-temporal causado pelo JWST-ER1g, os pesquisadores concluíram que a galáxia tem cerca de 650 bilhões de vezes a massa do Sol, tornando-a uma das galáxias mais densas por seu tamanho.

Ao subtrair a massa de estrelas visíveis dessa estimativa geral, os físicos conseguiram quantificar a contribuição da matéria escura para a composição da galáxia. De acordo com os cálculos, ele pode ser responsável por cerca de metade da diferença de massa observada, o que sugere que outra fonte de massa pode ser necessária para explicar completamente os resultados da lente gravitacional observada.

Uma fotografia do anel de Einstein chamada JO418.

Várias hipóteses, incluindo aquelas relacionadas à matéria escura

Os pesquisadores apresentaram várias ideias para explicar a natureza dessa massa extra. Uma delas é que a população de estrelas na galáxia JWST-ER1g é mais densa do que se pensava anteriormente. Se este for o caso, então pode contribuir para o aparecimento de parte da massa ausente observada.

Outro cenário é que a matéria comum (gás e estrelas) colapsa e se condensa no halo de matéria escura JWST-ER1g. Essa compressão pode aumentar a densidade de matéria na galáxia, contribuindo assim para a discrepância de massa observada. Tal condensação pode ocorrer em diferentes escalas, desde regiões locais de formação estelar até estruturas galácticas maiores, como braços espirais ou núcleos galácticos ativos.

Finalmente, uma hipótese mais ousada diz respeito à própria natureza da matéria escura. Os pesquisadores estão considerando a possibilidade de que a matéria escura interaja consigo mesma, criando processos autossustentáveis que afetam sua densidade e distribuição na galáxia. Essa interação poderia explicar a discrepância de massa observada, bem como outras características intrigantes do JWST-ER1g.

Ao combinar observações adicionais com simulações computacionais e modelos teóricos avançados, os pesquisadores esperam elucidar a origem dessa massa extra e obter uma compreensão detalhada da dinâmica complexa do JWST-ER1g. Esses estudos aprofundados poderiam não apenas lançar luz sobre nossa compreensão da matéria escura e da formação de galáxias, mas também abrir novas perspectivas na física fundamental do universo.

Os detalhes do estudo foram publicados no The Astrophysical Journal Letters.