Anotações científicas - 19

Matéria Escura Fria - 2

Nenhuma teoria científica é absoluta, e o modelo da Matéria Escura Fria enfrenta hoje seus maiores testes. Diversos fenômenos observados no cosmos desafiam as previsões matemáticas que utilizamos há décadas. Do comportamento inesperado das galáxias anãs à velocidade surpreendente das barras estelares, esses impasses mostram que o universo ainda guarda segredos que o modelo atual tem dificuldade em explicar. Abaixo, exploramos os principais desafios que colocam em xeque a nossa visão sobre como a matéria escura moldou as galáxias. 

Traduzido de:  en.wikipedia.org - Cold dark matter 

Desafios

Diversas discrepâncias surgiram entre as previsões da matéria escura fria no modelo ΛCDM e as observações de galáxias e seus agrupamentos. Algumas dessas discrepâncias já foram propostas para a resolução de problemas, mas ainda não está claro se eles podem ser solucionados sem abandonar o modelo ΛCDM.

Problema do halo com cúspide

As distribuições de densidade dos halos de matéria escura em simulações de matéria escura fria (pelo menos aquelas que não incluem o impacto do feedback bariônico) são muito mais concentradas do que o observado em galáxias ao se investigar suas curvas de rotação.

Problema das galáxias anãs

Simulações de matéria escura fria preveem um grande número de pequenos aglomerados em halos de matéria escura, consequentemente muitas galáxias anãs agrupadas em torno de galáxias espirais e elípticas – mais numerosas do que o número de pequenas galáxias anãs observadas em torno de grandes galáxias como a Via Láctea.

Problema do disco satélite

Observa-se que as galáxias anãs ao redor da Via Láctea e da galáxia de Andrômeda orbitam em estruturas finas e planas, enquanto as simulações preveem que elas deveriam estar distribuídas aleatoriamente, em halos aproximadamente esféricos ao redor de suas galáxias hospedeiras, semelhantes às órbitas observadas para aglomerados globulares.

Problema das galáxias de alta velocidade

As galáxias na associação NGC 3109 estão se afastando muito rapidamente para serem consistentes com as expectativas do modelo ΛCDM. Nesse contexto, a NGC 3109 é massiva demais e está muito distante do Grupo Local para ter sido ejetada em uma interação de três corpos envolvendo a Via Láctea ou a Galáxia de Andrômeda.

Problema da morfologia das galáxias

Se as galáxias crescessem hierarquicamente, então galáxias massivas exigiriam muitas fusões. Fusões importantes inevitavelmente criam um bojo clássico. Ao contrário, cerca de 80% das galáxias observadas não apresentam tais bojos, e galáxias gigantes de disco puro são comuns. A discrepância pode ser quantificada comparando a distribuição observada de formas de galáxias hoje com as previsões de simulações cosmológicas hidrodinâmicas de alta resolução no modelo ΛCDM, revelando um problema altamente significativo que dificilmente será resolvido melhorando a resolução das simulações. A alta fração de galáxias sem bojo permaneceu quase constante por 8 bilhões de anos.

Problema das barras galácticas rápidas

Se as galáxias estivessem imersas em halos massivos de matéria escura fria, as barras que frequentemente se desenvolvem em suas regiões centrais seriam desaceleradas pelo atrito dinâmico com o halo. Isso entra em sério conflito com o fato de que as barras galácticas observadas são tipicamente rápidas.

Crise em pequena escala

A comparação do modelo com as observações pode apresentar alguns problemas em escalas subgalácticas, possivelmente prevendo um número excessivo de galáxias anãs e de matéria escura nas regiões mais internas das galáxias. Esse problema é chamado de "crise em pequena escala". Essas pequenas escalas são mais difíceis de resolver em simulações computacionais, portanto, ainda não está claro se o problema reside nas simulações, em propriedades não padronizadas da matéria escura ou em um erro mais radical no modelo.

Galáxias de alto desvio para o vermelho

Observações do Telescópio Espacial James Webb resultaram na confirmação, por espectroscopia, de várias galáxias em alto desvio para o vermelho, como JADES-GS-z13-0 com desvio para o vermelho cosmológico de 13,2 ou JADES-GS-z14-0 com desvio para o vermelho cosmológico de 14,32. Uma taxa tão alta de formação de grandes galáxias no universo primordial parece contradizer as taxas de formação de galáxias permitidas no modelo Lambda CDM existente por meio de halos de matéria escura, pois mesmo que a formação de galáxias fosse 100% eficiente e toda a massa pudesse se transformar em estrelas no Lambda CDM, não seria suficiente para criar galáxias tão grandes. No entanto, isso depende da suposição de uma função de massa inicial estelar. Se a formação estelar primordial favorecesse estrelas massivas, isso poderia explicar a discrepância.

Mais material sobre esses subtemas pode ser encontrado em:

Lambda-CDM model § Challenges   

Problema do halo com cúspide - en.wikipedia.org - Cuspy halo problem  

Problema das galáxias anãs - en.wikipedia.org - Dwarf galaxy problem