Astrônomos encontram filamento rotativo de galáxias com 49 milhões de anos-luz

Uma equipa de astrónomos que investigava como as galáxias se distribuem no espaço relativamente próximo encontrou algo verdadeiramente fora do comum: um enorme filamento de galáxias que se enrola e gira, como se estivesse preso num tornado cósmico em câmara lenta.

Com pelo menos 49 milhões de anos-luz de extensão, trata-se do filamento rotativo mais comprido já identificado no Universo - uma vasta espiral da teia cósmica.

Além de estar entre as maiores estruturas em rotação já observadas, este achado regista, de forma rara, como a teia cósmica molda o Universo e ainda deixa a sua assinatura nas próprias galáxias que a preenchem.

"O que torna esta estrutura excecional não é apenas o seu tamanho, mas a combinação de alinhamento do spin com movimento rotacional", afirma a física Lyla Jung, da Universidade de Oxford, no Reino Unido.

"Pode compará-la a um daqueles brinquedos de chávenas num parque temático. Cada galáxia é como uma chávena a rodopiar, mas toda a plataforma - o filamento cósmico - também está a girar. Esse movimento duplo dá-nos uma visão rara de como as galáxias obtêm a sua rotação a partir das estruturas maiores em que vivem."

O que é a teia cósmica e por que ela importa

A teia cósmica é, em essência, a espinha dorsal invisível do Universo: uma rede enorme e complexa formada por inúmeros filamentos de matéria escura que, pela gravidade, mantêm o Universo ligado e determinam como as galáxias se distribuem e se movimentam.

Os seus filamentos funcionam como autoestradas cósmicas pelas quais as galáxias se acumulam e se deslocam. Ao estudá-los, torna-se possível ver a metaestrutura que organiza o Universo em grande escala, obtendo pistas sobre como tudo se encaixa e como essa arquitetura evoluiu desde os primeiros instantes após a Grande Explosão.

Como o filamento foi encontrado nas observações

Sob liderança de Jung e da co-líder, a física Madalina Tudorache (de Oxford e da Universidade de Cambridge), a equipa identificou primeiro este filamento em observações feitas com o radiotelescópio MEERKat, na África do Sul, como parte do Levantamento do Céu MIGHTEE.

A cerca de 440 milhões de anos-luz de distância - um percurso curto em termos cósmicos - os investigadores notaram 14 galáxias com um comportamento estranho. Elas pareciam dispostas numa linha invulgarmente reta e fina, semelhante a uma agulha, com aproximadamente 117.000 anos-luz de largura e 5,5 milhões de anos-luz de comprimento. Além disso, havia galáxias demais orientadas na mesma direção para que isso fosse atribuído ao acaso.

O sinal era forte o suficiente para exigir uma análise mais aprofundada. Então, os cientistas recorreram a dados do Levantamento Digital do Céu Sloan (SDSS), que cobre uma área maior em luz visível e infravermelha, e do levantamento do Instrumento Espectroscópico de Energia Escura (DESI), que reúne observações no visível, infravermelho e ultravioleta.

Com esse conjunto, a equipa reconheceu mais 283 galáxias à mesma distância, seguindo a mesma configuração em linha reta. E, de forma ainda mais convincente, as novas galáxias exibiam a mesma tendência de orientação do seu eixo ao longo do comprimento do filamento.

Estruturas tão bem definidas raramente se formam no espaço sem algum mecanismo a organizá-las. Neste caso, a explicação mais direta - e empolgante - era a presença de um filamento cósmico, sobretudo porque estruturas em grande escala feitas de matéria escura invisível não são exatamente simples de observar ou delimitar.

O sinal de rotação: desvio espectral e velocidade modelada

O quadro tornou-se ainda mais intrigante quando a equipa analisou o desvio para o vermelho das galáxias. Num lado do filamento, a luz estava deslocada para o azul do espectro eletromagnético, o que é compatível com o encurtamento do comprimento de onda quando a fonte se aproxima do observador.

Do lado oposto, as galáxias apresentavam luz esticada para o vermelho, algo que ocorre quando a fonte se afasta.

Esse padrão é um indicador claro de que toda a estrutura está a rodar. Os investigadores conseguiram até modelar a velocidade, em torno de 110 quilómetros (68 milhas) por segundo - o mesmo valor associado à velocidade com que as galáxias Via Láctea e Andrómeda se deslocam uma em direção à outra.

O comportamento encaixa-se de forma elegante nas previsões da Teoria do Torque de Maré, um modelo segundo o qual assimetrias no campo gravitacional do Universo primordial transferiram momento angular para filamentos em formação na teia cósmica, colocando-os em rotação.

Ao mesmo tempo, a deteção de gás difuso e frio de hidrogénio neutro no filamento, bem como o elevado teor de hidrogénio nas galáxias, sugere que filamentos deste tipo conseguem abastecer as galáxias com o combustível necessário para crescer e formar estrelas.

Além disso, o alinhamento das galáxias ao longo do filamento indica que os filamentos da teia cósmica podem transferir momento angular para as próprias galáxias - um resultado que pode ajudar a completar o quadro de como as galáxias, afinal, adquirem a sua rotação.

Quando se observa uma imagem profunda do Universo, as galáxias podem parecer espalhadas de forma relativamente aleatória e sem ligação entre si. A identificação deste filamento gigante mostra que, na realidade, tudo pode estar mais conectado do que aparenta - e que estruturas vastas e invisíveis podem exercer uma influência poderosa, que só se revela quando olhamos com mais atenção.

"Descobrimos que as galáxias exibem fortes evidências de rotação em torno do eixo do filamento - o que torna esta a estrutura em rotação mais longa já identificada até agora", escrevem os investigadores no artigo.

"Esta estrutura pode revelar-se o ambiente ideal para … esclarecer a relação entre o gás de baixa densidade na teia cósmica e a forma como as galáxias que ali se encontram crescem usando o seu material."

A pesquisa foi publicada nos Boletins Mensais da Sociedade Astronômica Real.