Astrônomos identificaram uma galáxia tão tênue que é quase invisível — uma descoberta que pode ajudar a lançar luz sobre uma das substâncias mais elusivas do Universo.

Os pesquisadores encontraram a Candidate Dark Galaxy-2, ou CDG-2, usando o Telescópio Espacial Hubble, e acreditam que ela seja composta por pelo menos 99,9% de matéria escura.

Se a descoberta for confirmada por novas observações, a CDG-2 poderá ser uma das galáxias com maior concentração de matéria escura já encontradas.

A matéria escura domina o Universo. Ela é cinco vezes mais abundante do que a matéria comum — que compõe todas as estrelas, planetas e tudo mais que conseguimos ver —, mas é invisível e nunca foi observada diretamente.

No entanto, sua presença pode ser inferida por causa de seus efeitos gravitacionais sobre a matéria comum, já que a matéria escura é a “cola” que mantém o Universo unido.

A maioria das galáxias, incluindo a nossa, é dominada por matéria escura. Mas, em alguns casos, a proporção entre matéria escura e matéria normal torna-se tão extrema que a galáxia fica com apenas algumas poucas estrelas, fazendo com que pareça muito fraca. Os astrônomos chamam esses corpos de “galáxias de baixo brilho superficial” e já observaram milhares delas desde que a primeira foi descoberta na década de 1980.

A CDG-2, que está a cerca de 300 milhões de anos-luz da Terra, parece ser tão rica em matéria escura que pode pertencer a um subconjunto hipotético das galáxias de baixo brilho superficial chamado “galáxias escuras”, que se acredita conterem poucas ou nenhuma estrela.

“Galáxias de baixo brilho superficial são muito tênues, mas ainda há alguma luz vindo delas”, disse Dayi Li, pesquisador de pós-doutorado em estatística e astrofísica na Universidade de Toronto e autor principal do estudo sobre a descoberta, publicado no The Astrophysical Journal Letters. “Mas uma galáxia escura está no extremo disso, onde basicamente não há qualquer tipo de luz fraca ou estrutura que você esperaria de uma galáxia típica.”

Não há uma definição rígida para galáxias escuras, explicou Li, mas sua existência é prevista por teorias da matéria escura e por simulações cosmológicas. “Onde exatamente traçamos a linha em termos de quantas estrelas elas deveriam ter ainda é algo ambíguo, porque nem tudo na astronomia é tão claro quanto gostaríamos”, disse. “Tecnicamente, a CDG-2 é uma galáxia quase escura. Mas a importância da CDG-2 é que ela nos aproxima muito mais de alcançar esse regime verdadeiramente escuro, enquanto antes não acreditávamos que uma galáxia tão fraca pudesse existir.”

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Buscando luz na escuridão

Para observar a CDG-2, os pesquisadores usaram dados de três telescópios — o Hubble, o observatório espacial Euclid, da Agência Espacial Europeia, e o Telescópio Subaru, no Havaí — além de uma abordagem inovadora que envolveu a busca por objetos chamados aglomerados globulares. “São agrupamentos muito densos e esféricos de estrelas muito antigas, basicamente relíquias da primeira geração de formação estelar”, explicou Li.

Os aglomerados globulares são brilhantes mesmo quando a galáxia ao redor não é, e observações anteriores já demonstraram uma relação entre eles e a presença de matéria escura em uma galáxia, acrescentou Li. Como a CDG-2 parece ter pouquíssimas estrelas, deve haver algo mais fornecendo a massa necessária para que os aglomerados se mantenham coesos. Li e seus colegas presumem que a fonte dessa massa seja a matéria escura.

Os pesquisadores encontraram um conjunto de quatro aglomerados globulares no Aglomerado de Perseu, um grupo de milhares de galáxias imersas em uma nuvem de gás e um dos objetos mais massivos do Universo. Observações adicionais revelaram um brilho ou halo ao redor dos aglomerados, sugerindo a presença de uma galáxia.

Mas como uma galáxia acaba tendo poucas ou nenhuma estrela e sendo composta majoritariamente por matéria escura?

Os astrônomos acreditam, explicou Li, que após a formação dos aglomerados, no início da existência da galáxia, galáxias maiores ao redor removeram dela o gás hidrogênio necessário para formar mais estrelas individuais como o nosso Sol. “O material de que essa galáxia precisava para continuar formando estrelas já não estava mais lá, então restou basicamente apenas um halo de matéria escura e os quatro aglomerados globulares.” O processo, acrescentou, deixaria para trás o esqueleto ou fantasma de “uma galáxia que basicamente fracassou”.

Como resultado desse mecanismo de formação, a galáxia possui apenas 0,005% do brilho da nossa própria galáxia, afirmou Li. “Em termos de luz estelar, ela é cerca de 6 milhões de vezes mais brilhante que o nosso Sol. O brilho da nossa galáxia é cerca de 20 bilhões de vezes o brilho do Sol”, observou.

Buscar aglomerados globulares pode ser “um método totalmente novo para encontrar essas galáxias potencialmente escuras”, argumentou Li, acrescentando que elas provavelmente existam em abundância. No entanto, são necessárias mais observações para detalhar as propriedades físicas da CDG-2 e confirmar quanta matéria escura ela contém, algo que, segundo Li, poderia ser alcançado com o uso do Telescópio Espacial James Webb.

‘Escuro é ligeiramente brilhante’

Estudar possíveis galáxias escuras é importante porque elas oferecem uma visão quase intocada do comportamento da matéria escura, segundo Neal Dalal, pesquisador do Perimeter Institute for Theoretical Physics, em Waterloo, Ontário, Canadá, que não participou do estudo.

“Em grandes galáxias com muitas estrelas, como a nossa Via Láctea, as estrelas e o gás podem ter um impacto significativo na distribuição da matéria escura, tornando difícil separar os efeitos da matéria comum dos efeitos da matéria escura”, escreveu ele em um e-mail. Mas nessas galáxias extremamente tênues, há tão poucas estrelas e tão pouco gás que o comportamento da matéria escura deve ser praticamente inalterado pela matéria comum. “Assim, obtemos uma análise muito mais limpa da física da matéria escura.”

Uma das coisas mais interessantes sobre essa galáxia é a forma como foi descoberta, usando aglomerados globulares, disse Robert Minchin, astrônomo do Observatório Nacional de Radioastronomia, em Socorro, Novo México, também por e-mail. “Parece estranho, à primeira vista, procurar luz em galáxias escuras, mas, para citar livremente o filme ‘A Princesa Prometida’, ‘há uma grande diferença entre quase totalmente escuro e totalmente escuro. Quase totalmente escuro é ligeiramente brilhante’”, observou. Minchin também não participou do trabalho.

A maioria dos candidatos a galáxias escuras ou quase escuras, explicou Minchin, foi identificada usando radiotelescópios e buscando gás hidrogênio, mas esses esforços não detectariam galáxias como a CDG-2, onde o gás foi removido. “Procurar seus aglomerados globulares evita esse problema, e parece provável que outras galáxias muito escuras sejam encontradas por esse método no futuro.”

Para confirmar de fato a CDG-2 como uma galáxia escura, é necessário medir seu conteúdo de matéria escura, o que continua sendo extremamente desafiador devido à sua distância, segundo Yao-Yuan Mao, professor assistente de física e astronomia na Universidade de Utah, em Salt Lake City.

“Esta é uma descoberta muito empolgante”, acrescentou Mao, que também não fez parte do estudo, em um e-mail. “A luz tênue e difusa vista nas imagens do Hubble da CDG-2 sustenta fortemente a ideia de que estamos observando um objeto coeso, e não um alinhamento aleatório de quatro aglomerados globulares brilhantes.”