Uma imagem astronómica invulgar de uma galáxia distante pode revelar a presença de uma substância misteriosa que compõe a maior parte do nosso Universo, mas que permanece invisível aos nossos instrumentos.
Quando os astrónomos examinaram pela primeira vez os dados, pensaram tratar-se de um erro técnico. Pierre Cox, astrónomo do Centro Nacional de Investigação Científica, expressou o seu espanto perante esta descoberta inesperada. A imagem mostrava o que se chama uma "cruz de Einstein", um fenómeno em que a luz de uma galáxia distante se deforma ao passar perto de um objeto massivo, criando geralmente quatro imagens distintas. Mas desta vez, um quinto ponto luminoso aparecia no centro, contradizendo as previsões teóricas habituais.
Esta 'cruz de Einstein' particular mostra a luz de uma galáxia distante amplificada e repetida cinco vezes em vez das quatro habituais.
Crédito: Nicolás Lira Turpaud (Observatório ALMA) & adaptado de Cox et al. 2025 Os investigadores empreenderam uma série de análises para compreender esta anomalia. Utilizaram modelos computacionais para testar diferentes hipóteses. As suas simulações confirmaram que os cinco pontos luminosos provinham realmente da mesma galáxia, eliminando a possibilidade de um objeto interferente. Depois de excluir falhas instrumentais comparando com dados de outros observatórios, a equipa explorou a hipótese de uma concentração de matéria escura.
A matéria escura representa um dos maiores mistérios da cosmologia moderna. Esta substância invisível não interage com a luz mas exerce uma influência gravitacional sobre o seu ambiente. No caso desta observação particular, um halo denso de matéria escura poderia explicar a formação do quinto ponto luminoso ao desviar a luz de maneira invulgar. Esta descoberta abre novas perspetivas para estudar diretamente as propriedades desta componente fundamental do Universo.
Esta observação excecional permite aos astrónomos estudar simultaneamente uma galáxia distante e a matéria invisível que deforma a sua luz. A equipa científica espera agora utilizar estes dados para refinar os modelos teóricos e compreender melhor a distribuição da matéria escura no Universo. Estas pesquisas poderão levar a avanços significativos na nossa compreensão da estrutura cósmica e das forças que governam a evolução das galáxias.
A matéria escura: o invisível que molda o Universo
A matéria escura constitui aproximadamente 85% da matéria total do Universo, mas permanece indetetável pelos meios convencionais. Ao contrário da matéria ordinária que compõe as estrelas, os planetas e tudo o que vemos, ela não emite nem absorve radiação eletromagnética.
A sua presença manifesta-se apenas pelos seus efeitos gravitacionais sobre os objetos visíveis. Os astrónomos suspeitaram primeiro da sua existência ao observar que as galáxias giravam demasiado depressa para a quantidade de matéria visível que continham. Sem a gravidade adicional da matéria escura, estas galáxias desfazer-se-iam sob o efeito da sua própria rotação.
Os investigadores pensam que a matéria escura forma imensos halos em torno das galáxias, estendendo-se muito para além dos seus limites visíveis. Estas estruturas invisíveis atuam como andaimes cósmicos sobre os quais se formam as galáxias. A deteção destes halos por métodos indiretos, como as lentes gravitacionais, representa portanto um desafio maior para a cosmologia.
Vários candidatos teóricos existem para explicar a natureza da matéria escura, indo desde partículas supersimétricas aos axiões. Cada modelo prevê propriedades diferentes que poderiam ser testadas graças a observações como a da cruz de Einstein quíntupla.
As lentes gravitacionais: telescópios naturais
O fenómeno de lente gravitacional, previsto pela teoria da relatividade geral de Einstein, ocorre quando a luz de um objeto distante é desviada pela gravidade de um objeto massivo situado entre ele e o observador. Este efeito funciona como uma lupa cósmica natural, amplificando e deformando a imagem das galáxias distantes.
No caso de um alinhamento perfeito entre a fonte, a lente e o observador, observa-se uma cruz de Einstein clássica com quatro imagens distintas. A configuração exata depende da distribuição de massa do objeto lente. Os aglomerados de galáxias, com a sua concentração importante de matéria escura, produzem frequentemente efeitos de lente espetaculares.
Os astrónomos utilizam estes fenómenos para estudar objetos de outro modo demasiado fracos ou demasiado distantes para serem observados diretamente. As lentes gravitacionais permitem também mapear a distribuição de matéria, incluindo a matéria escura, no Universo. Cada distorção observada revela informações preciosas sobre a massa e a estrutura do objeto lente.
O aparecimento de uma quinta imagem central, como no caso de HerS-3, indica uma distribuição de massa particular que poderia corresponder a um halo de matéria escura muito concentrado. Estas observações raras oferecem oportunidades únicas para testar os modelos de formação das estruturas cósmicas.
Fonte: The Astrophysical Journal