M4 Dinâmica Galáctica

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O elemento central deste modelo é a galáxia, entendida como um sistema rotativo sustentado por uma massa que é, em sua maior parte, invisível.

A curva de rotação do disco da galáxia permanece praticamente plana em grandes raios, em vez de diminuir como aconteceria se apenas a massa visível do disco sustentasse essa rotação. O fato de a curva permanecer plana em vez de diminuir torna essa planura a evidência cinemática mais direta de que um halo de matéria escura envolve toda a galáxia.

O disco estelar da galáxia, por sua vez, segue um perfil de densidade que decai exponencialmente com o raio, enquanto o perfil de densidade do próprio halo escuro, conforme previsto por simulações de muitos corpos, decai de forma muito mais suave perto do centro da galáxia do que mais longe, onde esse mesmo declínio se torna muito mais pronunciado: dois regimes claramente distintos dentro do mesmo halo.

O teorema virial, agora aplicado a galáxias elípticas e aglomerados globulares em vez de um único disco, permite estimar a massa total de cada um desses sistemas a partir da dispersão de velocidade observada entre suas estrelas constituintes.

Essa mesma matéria escura representa, na escala de todo o universo, cerca de um quarto de seu conteúdo energético total e domina a massa das galáxias e aglomerados de galáxias, representando bem mais de oitenta por cento. As evidências que apontam para sua existência são multifacetadas e independentes: as curvas de rotação planas de galáxias como a apresentada no início deste artigo, a dispersão de velocidade dentro dos aglomerados, a deflexão da luz por lentes gravitacionais — que revela toda a massa presente, incluindo a invisível —, a separação observada entre o gás e a massa total após a colisão de dois aglomerados de galáxias e as flutuações da própria radiação cósmica de fundo em micro-ondas.

A partícula candidata mais discutida para explicar a matéria escura, uma partícula massiva que interage fracamente, possui uma seção de choque de aniquilação que coincide surpreendentemente com o valor produzido naturalmente pela abundância de matéria escura observada atualmente — uma coincidência frequentemente chamada de milagre dessa partícula. As lentes gravitacionais fracas são atualmente a principal ferramenta para mapear como a matéria escura está distribuída em escala cosmológica. Assim, desde a galáxia com a qual este artigo começa até o mapeamento em escala cosmológica com o qual termina, passando pela curva de rotação plana, o halo escuro e o teorema virial, a dinâmica galáctica demonstra que a mesma massa invisível sustenta, com a mesma lógica, tanto a rotação de uma única galáxia quanto a estrutura de todo o universo.

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