Aglomerados de galáxias, as estruturas mais massivas do Universo compostas por galáxias membros individuais, são os maiores repositórios de matéria escura. Não apenas são mantidos juntos em grande parte pela gravidade da matéria escura, os aglomerados de galáxias individuais estão repletos de matéria escura. A matéria escura em aglomerados é, portanto, distribuída em escalas grandes e pequenas.
"Os aglomerados de galáxias são laboratórios ideais para entender se as simulações de computador do Universo reproduzem de forma confiável o que podemos inferir sobre a matéria escura e sua interação com a matéria luminosa", disse Massimo Meneghetti do INAF (Instituto Nacional de Astrofísica) - Observatório de Astrofísica e Ciências Espaciais de Bolonha, na Itália, o principal autor do estudo.
"Fizemos muitos testes cuidadosos ao comparar as simulações e os dados neste estudo, e nossa descoberta da incompatibilidade persiste", continuou Meneghetti. "Uma possível origem para esta discrepância é que podemos estar perdendo algumas físicas importantes nas simulações".
Priyamvada Natarajan, da Universidade de Yale em New Haven, Connecticut, um dos teóricos seniores da equipe, acrescentou: "Há uma característica do Universo real que simplesmente não estamos capturando em nossos modelos teóricos atuais. Isso pode sinalizar uma lacuna em nossos atuais compreensão da natureza da matéria escura e suas propriedades, visto que esses dados requintados nos permitiram sondar a distribuição detalhada da matéria escura nas escalas menores".
O artigo da equipe aparecerá na edição de 11 de setembro da revista Science .
A distribuição da matéria escura em aglomerados é mapeada por meio da curvatura da luz ou do efeito de lente gravitacional que eles produzem. A gravidade da matéria escura amplia e distorce a luz de objetos de fundo distantes, como um espelho de casa de diversões, produzindo distorções e, às vezes, imagens múltiplas da mesma galáxia distante. Quanto maior a concentração de matéria escura em um aglomerado, mais dramática será a curvatura da luz.
As imagens nítidas do Hubble, juntamente com os espectros do VLT, ajudaram a equipe a produzir um mapa de matéria escura preciso e de alta fidelidade. Eles identificaram dezenas de galáxias de fundo com múltiplas imagens e lentes. Ao medir as distorções das lentes, os astrônomos puderam rastrear a quantidade e distribuição da matéria escura.
Os três aglomerados de galáxias principais usados ​​na análise, MACS J1206.2-0847 , MACS J0416.1-2403 e Abell S1063 , faziam parte de dois levantamentos de Hubble: Os Campos de Fronteira e o Levantamento de Cluster e Supernova com Hubble (CLASH) programas.
Para a surpresa da equipe, as imagens do Hubble também revelaram arcos em escala menor e imagens distorcidas aninhadas nas distorções de lentes em escala maior no núcleo de cada aglomerado, onde residem as galáxias mais massivas.
Os pesquisadores acreditam que as lentes embutidas são produzidas pela gravidade de densas concentrações de matéria escura associadas a aglomerados de galáxias individuais. A distribuição da matéria escura nas regiões internas de galáxias individuais é conhecida por aumentar o efeito de lente geral do aglomerado.
Observações espectroscópicas de acompanhamento adicionadas ao estudo medindo a velocidade das estrelas orbitando dentro de vários aglomerados de galáxias. "Com base em nosso estudo espectroscópico, fomos capazes de associar as galáxias a cada aglomerado e estimar suas distâncias", disse o membro da equipe Piero Rosati, da Universidade de Ferrara, na Itália.
"A velocidade das estrelas nos deu uma estimativa da massa de cada galáxia individual, incluindo a quantidade de matéria escura", acrescentou o membro da equipe Pietro Bergamini, do INAF-Observatório de Astrofísica e Ciência Espacial em Bolonha, Itália.
A equipe comparou os mapas de matéria escura com amostras de aglomerados simulados de galáxias com massas semelhantes, localizados aproximadamente às mesmas distâncias dos aglomerados observados. Os aglomerados nas simulações de computador não mostraram o mesmo nível de concentração de matéria escura nas escalas menores - as escalas associadas a aglomerados de galáxias individuais, conforme vistas no universo.
A equipe espera continuar seus testes de estresse do modelo de matéria escura padrão para determinar sua natureza intrigante.
O planejado telescópio espacial Nancy Grace Roman da NASA detectará ainda mais galáxias remotas por meio de lentes gravitacionais por aglomerados de galáxias massivas. As observações ampliarão a amostra de aglomerados que os astrônomos podem analisar para testar ainda mais os modelos de matéria escura.
O Telescópio Espacial Hubble é um projeto de cooperação internacional entre a NASA e a ESA (Agência Espacial Europeia). O Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, gerencia o telescópio. O Space Telescope Science Institute (STScI) em Baltimore conduz as operações científicas do Hubble. O STScI é operado para a NASA pela Associação de Universidades para Pesquisa em Astronomia em Washington, DC
Claire Andreoli
Goddard Space Flight Center da NASA, Greenbelt, Md.
claire.andreoli@nasa.gov
Donna Weaver / Ray Villard
Space Telescope Science Institute, Baltimore
dweaver@stsci.edu  /  villard@stsci.edu
Priyamvada Natarajan
Yale University, New Haven, Conn.
priyamvada.natarajan@yale.edu
Massimo Meneghetti
INAF-Observatório de Astrofísica e Ciência, Bolonha, Itália
massimo.meneghetti@inaf.it