“Tornado” de galáxias é a maior estrutura giratória já observada.

Um grupo de astrónomos que analisa a forma como as galáxias se distribuem no espaço relativamente próximo identificou algo fora do comum: um filamento gigantesco de galáxias que parece enrolar-se como se estivesse preso num tornado cósmico em câmara lenta.

Com, pelo menos, 49 milhões de anos-luz de extensão (cerca de 15 megaparsecs), trata-se do filamento em rotação mais comprido alguma vez detetado no Universo - uma enorme faixa em vórtice no seio da teia cósmica.

Além de ser um dos maiores sistemas em rotação observados até hoje, este achado ajuda a perceber como a teia cósmica molda o Universo e como essa arquitetura deixa “impressões digitais” no comportamento das próprias galáxias.

“O que torna esta estrutura excecional não é apenas a dimensão, mas a combinação entre o alinhamento das rotações e o movimento rotacional do conjunto”, afirma a física Lyla Jung, da Universidade de Oxford (Reino Unido).
“É como uma atração de chávenas num parque temático: cada galáxia é uma chávena a rodar, mas a plataforma inteira - o filamento cósmico - também gira. Esta rotação dupla dá-nos uma visão rara sobre a forma como as galáxias ‘herdam’ a sua rotação a partir das estruturas maiores onde vivem.”

Teia cósmica, matéria escura e os “caminhos” onde as galáxias se juntam

A teia cósmica é, em termos simples, a espinha dorsal invisível do Universo: uma rede imensa e complexa composta por inúmeros filamentos de matéria escura. Essa matéria escura, através da gravidade, mantém a estrutura do Universo “coesa” e influencia onde as galáxias se formam, como se agrupam e de que modo se movimentam.

Os filamentos funcionam como verdadeiras autoestradas cósmicas: é ao longo deles que as galáxias se concentram e por onde “circulam”. Ao estudá-los, os astrónomos conseguem reconstruir a metaestrutura de grande escala do Universo e obter pistas sobre a sua evolução desde os primeiros instantes após a Grande Explosão.

Como foi encontrado o filamento em rotação mais longo (MeerKAT/MIGHTEE, SDSS e DESI)

A equipa, liderada por Jung e pela co-líder Madalina Tudorache (Universidade de Oxford e Universidade de Cambridge), detetou este filamento ao analisar observações do radiotelescópio MeerKAT, na África do Sul, no âmbito do levantamento do céu MIGHTEE.

A cerca de 440 milhões de anos-luz de distância (aproximadamente 135 megaparsecs), os investigadores notaram 14 galáxias com um comportamento invulgar: estavam dispostas numa linha surpreendentemente reta e muito fina, com cerca de 117 000 anos-luz de “largura” (aprox. 36 kiloparsecs) e 5,5 milhões de anos-luz de comprimento (cerca de 1,7 megaparsecs). Além disso, havia galáxias a mais com orientações semelhantes para que o alinhamento pudesse ser explicado apenas pelo acaso.

Perante estes indícios, a equipa aprofundou a análise recorrendo a dois grandes conjuntos de dados:

• o SDSS (Levantamento Digital do Céu Sloan), com um campo de visão mais amplo em ótico e infravermelho;
• o DESI (Instrumento Espectroscópico de Energia Escura), que recolhe observações em ótico, infravermelho e ultravioleta.

Com essa informação, foram identificadas mais 283 galáxias à mesma distância e ao longo da mesma configuração em linha reta. Mais ainda: também estas novas galáxias exibiam a mesma tendência para uma orientação axial preferencial ao longo do filamento.

Por que razão a rotação do filamento é tão convincente: o desvio para o vermelho

Estruturas tão bem definidas não costumam surgir no espaço sem um “agente” organizador. Aqui, o candidato mais plausível era um filamento cósmico - algo particularmente estimulante, porque estruturas de grande escala feitas de matéria escura invisível são, por definição, difíceis de observar diretamente e até de delimitar com precisão.

O caso tornou-se ainda mais interessante quando a equipa examinou o desvio para o vermelho das galáxias. Num dos lados do filamento, a luz das galáxias apresentava um desvio para comprimentos de onda mais azuis, compatível com a compressão das ondas luminosas quando a fonte se aproxima do observador. Do lado oposto, a luz surgia deslocada para o vermelho, como acontece quando a fonte se afasta.

Este padrão é um sinal claro de que a estrutura inteira está a rodar. Os investigadores conseguiram inclusive modelar a velocidade: cerca de 110 km/s, comparável à rapidez com que a Via Láctea e Andrómeda se deslocam uma em direção à outra.

O que isto apoia na teoria: Teoria do Binário de Marés e momento angular

O comportamento observado encaixa de forma particularmente elegante nas previsões da Teoria do Binário de Marés (TTT), um modelo segundo o qual assimetrias no campo gravitacional do Universo primordial transferiram momento angular para os filamentos em formação na teia cósmica - conferindo-lhes rotação.

Ao mesmo tempo, a presença de hidrogénio neutro frio e difuso no filamento, bem como o elevado conteúdo de hidrogénio nas galáxias, sugere que estes filamentos podem alimentar as galáxias com o combustível necessário para crescerem e formarem novas estrelas.

Adicionalmente, o alinhamento das galáxias ao longo do filamento aponta para a possibilidade de os filamentos da teia cósmica também transferirem momento angular para as próprias galáxias - uma peça importante para completar o puzzle de como as galáxias adquirem a sua rotação inicial.

O que muda na nossa leitura do Universo - e o que pode vir a seguir

Em imagens de campo profundo, as galáxias podem parecer espalhadas de forma relativamente aleatória e sem ligação. A deteção deste filamento gigante mostra que o Universo está muito mais interligado do que aparenta - e que estruturas vastas e difíceis de ver podem exercer uma influência marcante, que só se revela quando analisamos os dados com maior detalhe.

Este tipo de descoberta também é valioso para confrontar simulações cosmológicas com o Universo real: a rotação de um filamento tão extenso fornece um teste direto aos modelos de formação de estrutura em grande escala e às previsões sobre como a matéria escura organiza o crescimento das galáxias ao longo do tempo.

Ao mesmo tempo, medir rotação em escalas tão grandes exige cautela: ampliar amostras, procurar mais filamentos semelhantes e cruzar observações em diferentes comprimentos de onda será essencial para perceber até que ponto este fenómeno é comum, e como varia consoante o ambiente cósmico.

“Verificamos que as galáxias apresentam fortes evidências de rotação em torno da espinha dorsal do filamento - o que faz desta a estrutura em rotação mais longa descoberta até ao momento”, escrevem os autores no artigo.
“Esta estrutura pode revelar-se o ambiente ideal para… determinar a relação entre o gás de baixa densidade na teia cósmica e o modo como as galáxias que aí residem crescem, utilizando esse material.”

A investigação foi publicada na revista MNRAS (Monthly Notices da Sociedade Astronómica Real).