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AMINA HELMI | ASTRÔNOMA

“Quando chocarmos contra outra galáxia, não notaremos nada”

Astrofísica argentina que tenta desvendar a natureza da matéria escura explica como a Via Láctea surgiu

Amina Helmi, astrônoma, fotografada na Fundacion BBVA Carlos Rosillo
Amina Helmi, astrônoma, fotografada na Fundacion BBVA Carlos Rosillo

Amina Helmi (Bahía Blanca, Argentina, 1970) há anos investiga um dos grandes mistérios do cosmos. Nos anos trinta, o astrônomo suíço Fritz Zwicky propôs a existência de uma matéria invisível no universo que afetava os movimentos da matéria que realmente víamos. Já nos anos setenta, Vera Rubin e Kent Ford, do Instituto Carnegie, de Washington (EUA), viram que as estrelas nas bordas das galáxias giravam rápido demais. Se fosse considerada a massa dos astros brilhantes que podem ser observados por meio de telescópios e as leis físicas conhecidas, a velocidade com que se movem as estrelas deveria diminuir conforme aumentasse sua distância do motor gravitatório que está no centro galáctico. No entanto, isso não acontecia. Uma força invisível parecia garantir a sujeição necessária aos astros para orbitar a grande velocidade sem sair em disparada. Essa força, teorizou-se, era proporcionada por um halo descomunal e invisível de matéria escura, muito mais abundante do que a matéria visível, que rodeava a galáxia.

Helmi, catedrática do Instituto Astronômico Kapteyn, da Universidade de Groningen (Países Baixos), participa da missão Gaia da Agência Espacial Europeia (ESA), que está caracterizando as propriedades de 1 bilhão de estrelas da Via Láctea. Com essa pequena fração de todas as estrelas que compõem nossa galáxia, 1% do total, procura-se criar um mapa tridimensional que revelará sua composição, formação e evolução. Entre outras coisas, esse mapa pode ajudar a explicar o que é a matéria escura e como se formam as galáxias. Na semana passada, a pesquisadora visitou Madri convidada pela Fundación BBVA. Na sede da instituição na capital espanhola e dentro de seu ciclo de astrofísica e cosmologia, pronunciou a conferência A fascinante Via Láctea.

Pergunta. Quando saberemos o que é exatamente a matéria escura?

O buraco negro do interior das galáxias como a nossa limita seu crescimento

Resposta. Nos próximos dez anos vamos colocar à prova todas as predições do modelo cosmológico e do que é a matéria escura, tanto na Via Láctea como em algumas de suas galáxias satélites, mas também em uma escala muito maior. Com o projeto Gaia, vamos fazer isso na Via Láctea e em seus satélites, e com outras missões da ESA, como Euclid, será a escala de todo o universo. Com isso será possível saber de que tipo de matéria escura estamos falando ou se a matéria escura não é uma solução para explicar o que observamos, o que também é uma possibilidade. Se comprovarmos que a matéria escura é algo concreto, a ideia seria procurá-la depois também na Terra, detectar as partículas e comprovar que são do mesmo tipo.

P. Os biólogos descobrem com bastante frequência espécies inesperadas. Dá a impressão de que os físicos teóricos têm muito mais capacidade para realizar previsões sobre os objetos que encontraremos no universo, por mais estranhos que possam parecer. Que possibilidades existem de encontrar surpresas na observação do cosmos?

R. Não sabemos o que é a matéria escura, então o fator surpresa pode ser grande. Temos um modelo cosmológico que funciona bem, mas há aspectos que contradizem o que vemos. Então é possível que o tipo de matéria escura que vamos descobrir não seja um WIMP [sigla em inglês para partículas maciças que interagem fracamente, e que se acreditam sejam o que compõe a matéria escura], mas que sejam tipos diferentes de WIMPS. Ou até que algumas sejam partículas que não interagem e outras sim. Mas é possível fazer predições, não é tão difícil quanto falar do cérebro ou de seres vivos.

Em astrofísica ou astronomia, entendemos as leis sobre como se comporta o universo. Mas também há coisas que não sabemos. As estrelas dentro dessas pequenas galáxias satélites da nossa não se movem como prediz o modelo cosmológico e isso pode significar que a matéria escura não é o que assumimos até agora. Ou até pode ser que a fórmula usada para calcular a massa existente nas galáxias, e que nos indica que há mais do que vemos, não esteja correta. Pode ser uma falha resultante de não entendermos bem a força de gravitação. Então pode haver surpresas.

P. Como começou a Via Láctea, qual foi a causa?

Algumas estrelas que nos interessam são tão antigas quanto o próprio universo

R. A ideia é que o universo começa com o Big Bang e durante a etapa inicial do universo surgem flutuações na densidade, algo como grumos. Os lugares em que se formam esses grumos, onde se acumula massa, atraem mais massa, e vão se formando novos objetos. A ideia fundamental é que as galáxias como a Via Láctea se formaram pela fusão de objetos muito pequenos. Esses objetos são dominados pela matéria escura. Isso atrai gás e do gás se formam estrelas e quando as estrelas se fundem pela força de gravitação, surgem galáxias cada vez maiores.

Uma maneira de testar se essa é a forma como a Via Láctea foi criada, uma vez que não conseguimos enxergar a matéria escura, é analisando as estrelas que se formaram naqueles primeiros momentos. Procura-se as estrelas mais antigas, porque esses processos de fusão ocorreram no universo muito cedo. Isso dá lugar ao halo estelar da Via Láctea. Depois a ideia é que, uma vez que a galáxia adquiriu uma massa bem grande, formou-se um disco de gás que fluiu para o centro e isso é o que consideramos Via Láctea em si. A ideia é que o Sol se formou no mesmo disco da Via Láctea, não chegou de outra galáxia, mas há muitas estrelas do halo que supostamente se formaram nessas galáxias menores. Nosso trabalho é como o de construir uma árvore genealógica da Via Láctea.

P. Que idade teriam essas estrelas mais antigas?

R. Calculamos que são tão antigas quanto o próprio universo.

P. E se formaram no local em que estão agora?

R. A ideia é que se formaram nesses primeiros grumos e são a segunda ou terceira geração de estrelas que se formou no universo. Há estrelas que se formaram antes do quasar [conhecido recentemente] que surgiu apenas 690 milhões de anos depois do Big Bang. Quando conseguimos medir a idade de uma estrela no halo, vemos que são estrelas que se formaram inclusive antes desses objetos, nas primeiras centenas de milhões de anos do universo.

P. Os sistemas planetários em torno dessas estrelas poderiam ser similares ao nosso ou não têm nada a ver?

Pode ser que o estudo da matéria escura nos mostre que não entendemos bem a força de gravidade

R. As condições do universo naquela época eram muito diferentes das atuais. Por exemplo, uma das coisas que se acredita é que as primeiras estrelas que se formaram tinham muita massa. E uma estrela com muita massa explode em seguida como supernova, então não dá tempo de se formarem planetas à sua volta. Além disso, para formar um planeta como a Terra, são necessários metais, elementos mais pesados do que o hélio e o hidrogênio. Nessas explosões de supernova se formam esses elementos mais pesados, mas são necessárias várias gerações dessas estrelas e supernovas para obter elementos suficientes para produzir um planeta rochoso como a Terra.

P. Sabemos por que todas as galáxias como a nossa têm um buraco negro supermaciço em seu centro?

R. Existe uma relação entre esse buraco negro e o resto da galáxia, mas não se entende com detalhes por que acontece.

P. O papel da matéria escura como cola da galáxia é similar ao do buraco negro?

R. A matéria escura serve para fazer crescer a galáxia, porque atrai mais massa. A quantidade de massa de uma galáxia é predominantemente matéria escura e determina o crescimento e a dinâmica de uma galáxia. O buraco negro tem outro papel. De certa forma parece impedir que as galáxias maiores continuem formando estrelas. Há galáxias que têm até dez vezes a massa em estrelas da Via Láctea, e em princípio os modelos prediziam que poderiam ser até cem vezes maiores. Mas não vemos galáxias desse tamanho. Em um dado momento há um limite sobre o tamanho de uma galáxia e acredita-se que isso é regulado pelo buraco negro.

P. A sra. estudou a canibalização das galáxias. O que acontecerá se nos chocarmos com outra galáxia? Será um encontro violento?

R. Não acontece nada. Se você quer saber sobre a probabilidade de uma estrela se chocar com outra, é a mesma que dois mosquitos se chocarem no Grand Cânion. A maior parte do espaço está vazia, e as estrelas não se chocam. Quando duas galáxias se fundem pode se sentir que o campo de força muda, mas fora disso não há um impacto direto sobre nós. Em pouco menos de 10 bilhões de anos nossa galáxia se fundirá com Andrômeda, outra galáxia gigante próxima. Nesse momento, o impacto sobre a Terra, se ainda existir, será mínimo. Quando chocarmos, não notaremos nada. A única coisa que será notada é que muda no céu a distribuição das estrelas. Agora vivemos em um disco e quando duas galáxias que são discos se fundem, isso dá origem a uma galáxia elíptica. Se olhar para o céu quando Andrômeda e Via Láctea se fundirem, não verá a faixa de estrelas que agora vê, mas uma distribuição mais ou menos uniforme.

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