Por que as menores galáxias têm mais matéria escura?
Crédito da imagem: The Millenium Simulation, V. Springel et al., da teia cósmica da matéria escura e da estrutura em grande escala que ela forma.
Todo o resto tem uma proporção de 5:1 de matéria escura para matéria normal. Mas pegue uma galáxia cada vez menor, e a matéria escura dispara!
No momento, podemos muito bem usá-los DUNNOS (para Dark Unknown Nonreflective Nondetectable Objects Somewhere). – Bill Bryson
Quando olhamos para o Universo, em qualquer direção e com uma variedade de métodos, encontramos as mesmas proporções de matéria escura para matéria normal em todo o lugar: 5 para 1. Se estamos olhando para as flutuações no fundo cósmico de micro-ondas, as proporções de lentes para raios-X de aglomerados em colisão, a forma como a estrutura de grande escala se aglomera ou as propriedades de rotação das maiores galáxias espirais e elípticas, essa mesma proporção – de matéria escura superando a matéria normal em uma proporção de 5 para 1 – existe em todos os lugares.
Crédito das imagens: Raio-X: NASA/CXC/UVic./A.Mahdavi et al. Óptico/Lentes: CFHT/UVic./A.Mahdavi et al. (superior esquerdo); Raio-X: NASA/CXC/UCDavis/W.Dawson et al.; Óptico: NASA/STScI/UCDavis/W.Dawson et al. (canto superior direito); ESA/XMM-Newton/F. Gastaldello (INAF/IASF, Milão, Itália)/CFHTLS (canto inferior esquerdo); Raio-X: NASA, ESA, CXC, M. Bradac (Universidade da Califórnia, Santa Bárbara) e S. Allen (Universidade de Stanford) (canto inferior direito). Esses quatro grupos e aglomerados separados mostram a separação entre a matéria escura (azul) e a matéria normal (rosa).
Em todos os lugares, isto é, até você começar a olhar para o menor galáxias do Universo. Até as galáxias do tamanho da Via Láctea, que representam a grande maioria das galáxias que descobrimos no Universo, essa proporção de 5 para 1 permanece constante. Mas quando você vai para galáxias menores, até galáxias anãs em aglomerados ou galáxias de massa ultrabaixa visíveis apenas em nosso grupo local (devido à sua pequena emissão de luz), você descobre que quanto menos massa houver em geral, mais maior a fração de matéria escura é.
Crédito da imagem: ESA/Hubble & NASA, da galáxia anã NGC 5477.
Em outras palavras, quanto menor a massa da sua galáxia, menor a porcentagem de estrelas e matéria normal que você encontrará no interior, e mais dominada pela matéria escura ela se tornará! Isso pode parecer paradoxal, já que a gravidade afeta igualmente a matéria normal e escura. Quando você começa em uma região superdensa, seja uma pequena que se transforma em uma galáxia em miniatura ou uma gigante que se transforma em um aglomerado supermassivo, ela deve atrair igualmente matéria normal e escura.
Mas se pensarmos um pouco mais profundamente – e considerarmos as duas imagens a seguir – pode começar a fazer sentido por que a matéria escura passa a dominar as menores galáxias. Não é porque esses pequeninos começam com mais matéria escura; inicialmente, eles têm a mesma proporção de 5 para 1 que tudo tem. Mas como sua atração gravitacional é tão fraca, eles têm muita dificuldade em manter sua matéria. Infelizmente para a matéria normal, ela interage com a luz e com outras matérias normais, tornando incrivelmente fácil de remover.
Crédito da imagem: NASA, ESA, The Hubble Heritage Team, (STScI / AURA); reconhecimento: M. Mountain (STScI), P. Puxley (NSF), J. Gallagher (U. Wisconsin), da galáxia Starburst Messier 82, com matéria sendo expelida como mostrado pelos jatos vermelhos.
Quando você obtém uma grande explosão de formação estelar, você cria radiação ultravioleta intensa. Quando as estrelas mais massivas morrem, elas criam explosões de supernovas, que ionizam a matéria e a aceleram a velocidades quase relativísticas. E quando você canaliza matéria para um buraco negro, pode causar jatos, que ejetam matéria para o meio intergaláctico. Todos esses fatores estão em jogo em todas as galáxias e, no entanto, esses efeitos de ejeção de matéria só tocar o assunto normal. Como a matéria escura é transparente a todos os fenômenos eletromagnéticos, apenas a matéria normal é ejetada sempre que você tem um evento de formação estelar, morte estelar ou queda de buraco negro. Por outro lado, esses efeitos simplesmente passam pela matéria escura e, portanto, permanecem nessas galáxias de baixa massa.
Crédito da imagem: NASA, ESA Agradecimentos: Ming Sun (UAH) e Serge Meunier, da galáxia espiral ESO 137–001 tendo sua matéria normal retirada à medida que acelera através do meio intracluster.
Essa discrepância é agravada quando você tem uma galáxia dentro de um grande aglomerado. O meio intergaláctico ali é denso e cheio de matéria, e quando essas galáxias passam, o fazem em alta velocidade. Assim como um vento forte pode facilmente soprar as sementes soltas de um dente-de-leão, o meio intra-aglomerado sopra facilmente a matéria normal das galáxias menores do Universo, deixando apenas a matéria escura para trás.
Crédito da imagem: Roberto Mura, da galáxia anã NGC 147 dominada pela matéria escura.
Leve todos esses efeitos em consideração, e você descobrirá que quanto menor e menor a massa da sua galáxia, mais tênue a matéria normal é mantida em primeiro lugar, tornando a razão matéria escura-matéria normal muito maior. maior. Para as menores minigaláxias do Universo, as proporções de milhares para um são comuns, enquanto que se você chegar a galáxias do tamanho da Via Láctea, você volta para a proporção de 5 para 1 que todo o resto no planeta Universo mantém. Tudo pode nascer com a mesma proporção de matéria escura para matéria normal, mas são apenas os grandes vencedores que mantêm sua matéria normal por muito tempo!
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