A Via Láctea dentro de uma vasta lâmina de matéria que molda galáxias próximas

Pesquisadores descobriram que a Via Láctea está inserida em uma imensa lâmina achatada de matéria, cuja forma influencia o movimento das galáxias próximas.

Esse arranjo ajuda a esclarecer um enigma antigo: em vez de caírem em direção à gravidade da nossa galáxia, a maior parte das galáxias vizinhas tende a se afastar.

Padrão nas galáxias próximas

Em uma faixa do cosmos logo além da Via Láctea e de Andrômeda, novas simulações reproduziram, ao mesmo tempo, as posições e as velocidades de 31 galáxias.

Partindo da discrepância entre modelos anteriores e o que se observa, Ewoud Wempe, da Universidade de Groningen, mostrou que essas trajetórias passam a fazer sentido quando se assume uma estrutura em forma de folha plana.

Como primeiro autor e responsável pelas simulações, Wempe identificou que, acima e abaixo dessa lâmina, a matéria se torna mais rarefeita, abrindo regiões mais vazias.

Essa configuração explica por que quase todas as galáxias próximas continuam recuando, enquanto Andrômeda foge ao padrão por permanecer sob uma gravidade local mais intensa, já que está dentro da região mais influente do par.

Nosso canto lotado

Os astrônomos chamam de Grupo Local o conjunto formado pela Via Láctea, Andrômeda e seus acompanhantes menores - a coleção de galáxias mais próxima de nós.

A maior parte da massa desse sistema é matéria escura, um componente invisível inferido pelo efeito gravitacional; por isso, o formato real do “bairro” não pode ser fotografado diretamente.

Durante décadas, modelos simples e aproximadamente esféricos fizeram o entorno parecer pesado demais nas proximidades e vazio demais em distâncias maiores, produzindo um descompasso.

Como esses modelos presumiam que a gravidade atuava do mesmo modo em todas as direções, eles não captavam a distribuição desigual que o novo trabalho conseguiu recuperar.

Construindo o modelo

Para reconstruir o nosso entorno cósmico, a equipe usou como ponto de partida o fundo cósmico de micro-ondas, a luz mais antiga que ainda permeia o espaço.

A partir dessas condições iniciais, computadores evoluíram diferentes universos possíveis até que alguns deles reproduzissem a Via Láctea, Andrômeda e os movimentos das galáxias ao redor.

Entre 169 execuções de alta resolução, os cenários bem-sucedidos também posicionaram 31 galáxias fora do par principal nas distâncias e nas velocidades corretas.

Com isso, os pesquisadores puderam confrontar arranjos de massa concorrentes com o mesmo conjunto de fatos locais, em vez de impor uma única imagem “arrumada”.

A gravidade muda com a direção

Dentro de um plano aproximadamente plano, a gravidade não depende apenas da massa localizada mais perto do que a distância de uma galáxia.

Matéria distribuída mais longe ao longo da mesma folha ainda exerce um puxão para fora, anulando em parte a atração para dentro do Grupo Local.

Acima e abaixo desse plano, havia vazios - regiões enormes com pouquíssima matéria -, o que significa que quase não existiam galáxias caindo em nossa direção por esses lados.

O efeito combinado manteve os movimentos locais incomumente tranquilos perto do plano, ao mesmo tempo em que deixou movimentos bem mais fortes em direção a ele quando se olha para outras direções.

O que o céu não mostra

Uma razão para esse quebra-cabeça ter persistido por tanto tempo é que faltam galáxias “marcadoras” bem medidas acima e abaixo da lâmina.

A maioria das galáxias próximas conhecidas está perto do plano, onde o afastamento parece suave e quase uniforme.

Nas simulações, movimentos mais intensos apareceram rumo aos polos, com material escoando em direção à folha a mais de 60 milhas por segundo (97 quilômetros por segundo).

Encontrar mais galáxias anãs bem distantes acima ou abaixo do plano, dentro de cerca de 16 milhões de anos-luz, colocaria essa explicação à prova.

Rastreando massa escondida

Como estrelas e gás mostram apenas uma fração da massa total, a equipe tratou os movimentos das galáxias como pistas de uma estrutura invisível.

Wempe descreveu o estudo como a primeira avaliação detalhada de como essa massa oculta está distribuída e em movimento ao redor das duas galáxias.

“Estamos explorando todas as possíveis configurações locais do universo primordial que, no fim, poderiam levar ao Grupo Local”, disse Wempe.

O autor acrescentou que o novo modelo é compatível tanto com o arcabouço cosmológico padrão quanto com o movimento observado das galáxias no ambiente local.

Por que os modelos esféricos falharam

Explicações anteriores aproximavam a região em torno da Via Láctea e de Andrômeda como algo quase redondo, o que simplificava os cálculos.

Em um modelo esférico, só a massa dentro do raio de uma galáxia entra no efeito relevante, de modo que matéria adicional mais distante apenas poderia reduzir o afastamento.

Já as novas simulações mantiveram mais de quatro vezes a massa do par principal dentro de cerca de 13 milhões de anos-luz e, ainda assim, continuaram de acordo com as observações.

Esse contraste indicou que o problema não era excesso de massa, e sim a geometria errada na forma de contabilizar a gravidade.

Um padrão mais calmo

Mesmo com toda essa massa invisível, o “bairro” simulado permaneceu surpreendentemente organizado, em vez de se tornar caótico.

Dentro da lâmina onde está a maior parte das galáxias conhecidas, os movimentos aleatórios tiveram média de apenas cerca de 14 milhas por segundo (23 quilômetros por segundo).

Essa tranquilidade é importante porque coincide com o afastamento suave observado há muito tempo nas galáxias próximas, sem exigir um entorno irrealisticamente vazio.

Isso também sugere que a estrutura plana resolveu dois pontos de uma vez: onde a massa está concentrada e como o entorno se movimenta.

Limites do mapa

A equipe não afirmou que já possui um mapa perfeito de tudo o que existe além do par de galáxias.

A caixa simulada tinha cerca de 130 milhões de anos-luz de lado - grande, mas ainda insuficiente para incorporar toda influência externa.

Estruturas em escalas ainda maiores, incluindo a região mais ampla centrada no Aglomerado de Virgem, podem alterar a orientação exata da lâmina.

Ainda assim, os autores argumentaram que essas limitações não devem derrubar o resultado principal, porque as forças decisivas atuam em escalas menores.

Repensando nossa galáxia

Com essa leitura, a Via Láctea parece menos um centro isolado e mais um elemento dentro de uma camada extensa que orienta os movimentos locais.

Levantamentos futuros que encontrem galáxias anãs muito tênues acima e abaixo dessa camada podem confirmar a previsão - ou obrigar os astrônomos a redesenhar o cenário mais uma vez.