Desde o início das operações em 2022, o Telescópio Espacial James Webb (JWST) permitiu aos cientistas fazer progressos incríveis na compreensão do universo, especialmente do universo primitivo. No entanto, o JWST ainda não teve um grande impacto num mistério cosmológico persistente: a natureza da matéria escura. Agora, uma nova pesquisa sugere que isso pode mudar em breve.
Embora se estime que a matéria escura represente 85% da matéria do universo, estudá-la é difícil porque ela não interage com a radiação eletromagnética (luz) ou interage tão fracamente que não podemos detectá-la diretamente. e produção matéria escura Praticamente invisível, esta falta de interação com a luz diz aos cientistas que as partículas que constituem a matéria escura não são matéria escura. próton, nêutron, e eletrônico Eles constituem as coisas cotidianas que vemos ao nosso redor todos os dias, desde as maiores estrelas até os vírus que tornam nossas vidas miseráveis a cada inverno. A busca por potenciais partículas de matéria escura levantou muitas dúvidas, mas, frustrantemente, todas permanecem hipóteses.
Estude essas galáxias alongadas João Oeste Os cientistas dizem que isso poderia ajudar a revelar a existência de matéria escura. “No universo em expansão definido pela teoria de Einstein relatividade geralCom o tempo, as galáxias cresceram a partir de pequenos aglomerados de matéria escura que formaram os primeiros aglomerados e se reuniram em galáxias maiores através de sua gravidade coletiva, disse Rogier Windhorst, membro da equipe, da Universidade Estadual do Arizona, em um comunicado.
“Mas agora o JWST mostra que as primeiras galáxias podem ter sido incorporadas em estruturas filamentosas marcadas que, ao contrário da matéria escura fria, conectam suavemente regiões de formação estelar e são mais parecidas com o que seria esperado se a matéria escura fosse uma partícula ultraleve que também exibisse comportamento quântico.”
Compreender a matéria escura é um exagero
Quando as simulações foram usadas para reconstruir como as primeiras galáxias se formaram no universo primitivo, permitir que o gás frio se acumulasse ao longo das linhas na teia de matéria escura permitiu uma boa reconstrução das galáxias maioritariamente esféricas que vemos no universo moderno.
No entanto, como o JWST tem permitido aos astrónomos olhar para galáxias que existiram nas fases iniciais do Universo, estão cada vez mais a descobrir galáxias filamentosas e alongadas que não são facilmente reproduzidas em simulações que seguem o mecanismo padrão de recolha de gás para dar origem a estrelas e fazer crescer galáxias.
Para investigar isso, Windhorst e colegas estudaram simulações cosmológicas envolvendo diferentes tipos de matéria escura além da matéria escura encontrada no modelo Lambda Cold Dark Matter (LCDM), o modelo cosmológico mais aceito. A matéria escura “fria” não se refere à temperatura, mas à velocidade com que as partículas se movem.
Isto sugere que o comportamento ondulatório da “matéria escura difusa”, ou partículas axion ultraleves, poderia explicar a morfologia alongada das primeiras galáxias observadas pelo JWST.
“Se as partículas axion ultraleves constituem matéria escura, o seu comportamento semelhante a uma onda quântica impediria a formação de escalas físicas menores do que alguns anos-luz durante um período de tempo, contribuindo assim para o comportamento semelhante a um filamento suave agora visto pelo JWST a distâncias muito longas,” disse o líder da equipa, Alvaro Pozo, do Centro Internacional de Física em Donostia.
O modelo da equipe também sugere que partículas de “matéria escura quente” que se moviam mais rapidamente, como os neutrinos estéreis, também podem ter produzido as primeiras galáxias filamentares. Nos cenários de matéria escura ondulatória e matéria escura quente, isso ocorre porque os filamentos produzidos por essas partículas são mais suaves do que a matéria escura fria. À medida que o gás e as estrelas fluem lentamente ao longo destes filamentos, galáxias alongadas começam a se formar.
O Telescópio Espacial James Webb continuará a estudar galáxias de formatos estranhos no universo primitivo, enquanto os pesquisadores na Terra continuarão a desenvolver simulações do universo primitivo. A combinação destes pode, em última análise, ajudar a resolver o mistério da matéria escura.
Os resultados da pesquisa da equipe foram publicados na revista em 8 de dezembro Astronomia Natural.
