Por que as estrelas mais externas das galáxias giram tão rapidamente? De acordo com as leis de Newton, sua velocidade deveria diminuir quanto mais longe eles estivessem do centro. Contudo, isto não é apenas o que observamos, pelo menos nas galáxias que nos rodeiam. Durante quarenta anos, duas explicações se chocaram para explicar este paradoxo. A primeira invoca uma matéria escura invisível que rodeia as galáxias, cuja massa oculta manteria as estrelas no seu curso. O segundo, mais ousado, chamado MOND (Dinâmica Newtoniana Modificada), prefere revisar as leis da gravitação quando o campo se torna muito fraco, como é o caso na periferia das galáxias. Não faz sentido usar um material desconhecido.
Decadência Kepleriana
Um novo episódio desta polêmica acaba de ser aberto por Alain Blanchard e Even Coquery, do Instituto de Pesquisa em Astrofísica e Planetologia (IRAP, Toulouse). Num estudo publicado em Astronomia e Astrofísicaele conclui que a teoria MOND não consegue reproduzir a curva de rotação da nossa própria galáxia, a Via Láctea, ao contrário de um modelo que envolve matéria escura.
O ponto de partida deste estudo não é novo. Baseia-se no trabalho de François Hammer, do Observatório de Paris, que, em 2023, analisou medições da velocidade de estrelas distantes medidas pelo satélite europeu Gaia. A sua equipa descobriu que a velocidade de rotação do disco galáctico diminui para além dos 50.000 anos-luz do centro, seguindo uma diminuição chamada “Kepleriana”. Na verdade, surge das leis de Kepler e é observado, por exemplo, no sistema solar. Quanto mais longe os planetas estão do Sol, mais lentamente eles giram em torno dele. O problema é que, na maioria das galáxias espirais, esse decaimento não é observado. E até agora pensávamos que este também era o caso da Via Láctea, até que as medições de Gaia causaram problemas.
Halo de matéria escura
“Usamos os resultados da equipe de François Hammer como estão e tentamos ver se eles concordavam com os modelos padrão de uma galáxia com um halo de matéria escura.explica a Ciência e AveniAlain Blanchard. Mostrámos que este é o caso, desde que este halo seja particularmente concentrado.” É testando a teoria MOND que as coisas ficam complicadas. No caso da Via Láctea, “O MOND não consegue reproduzir a curva de rotação. A menos que escolhamos um valor do parâmetro de aceleração três vezes inferior ao utilizado para galáxias externas“, indica Alain Blanchard.
Este “parâmetro de aceleração”, denotado por a0, define o limite abaixo do qual a gravidade se comporta de maneira diferente das leis de Newton. É evidente que quando as forças gravitacionais se tornam muito fracas – como na periferia das galáxias – a gravidade “fortalece” um pouco, o que permite explicar a velocidade das estrelas sem invocar a matéria escura. Mas este parâmetro deve ser o mesmo para todas as galáxias, as leis da física não devem depender do local onde são exercidas.
“O debate continua animado”
A equipa de Toulouse conclui, portanto, que o decaimento observado por Gaia é incompatível com o MOND. O resultado imediatamente fez com que os apoiadores do MOND reagissem. “Recebi cerca de dez e-mails de colegas assim que o artigo foi publicado online, diz Alain Blanchard. Isto é um bom sinal: prova que o debate continua animado.” Para Benoît Famaey, investigador do CNRS de Estrasburgo e especialista na teoria MOND, a interpretação de Alain Blanchard baseia-se numa hipótese frágil: a de um disco galáctico em equilíbrio. No entanto, esta hipótese é crucial, porque condiciona a forma como deduzimos a curva de rotação da Via Láctea. Se o disco estiver estável e em equilíbrio, as velocidades das estrelas refletem diretamente a distribuição de massa e permitem deduzir o campo gravitacional. Mas se o disco for rompido, essas velocidades serão distorcidas e a curva de rotação poderá fornecer uma imagem enganosa da verdadeira massa. “No entanto, o disco exterior da Via Láctea está perturbado, em particular pela sua interação com a galáxia anã de Sagitário, há cerca de seis mil milhões de anos.sublinha Benoît Famaey. A 50 mil anos-luz do centro, as estrelas foram afetadas e estão fora de equilíbrio. A questão é precisamente até que ponto eles estão.”
100 milhões de estrelas estudadas por Gaia
Além disso, outras medições independentes baseadas em aglomerados globulares, galáxias satélites ou fluxos estelares mostram que a velocidade de rotação das estrelas permanece praticamente constante até mais de 200.000 anos-luz do centro.
Ou seja, estes diferentes indicadores apontam para uma curva de rotação geralmente plana, muito diferente da descida observada por François Hammer. “Ou todos estes traçadores são falsos, mas isso põe em causa o trabalho de muitos colegas que, aliás, nada têm a ver com qualquer preferência pelo MOND, ou é a curva de François“, resume Benoît Famaey.
Os dois pesquisadores concordam em pelo menos um ponto: teremos que esperar os próximos dados de Gaia para decidir. Em 2026, o satélite europeu fornecerá um novo catálogo que incluirá as velocidades radiais de mais de 100 milhões de estrelas, em comparação com os 30 milhões atuais. O suficiente para verificar se o misterioso decaimento Kepleriano do disco galáctico resiste ao teste dos dados.