“Tornado” de galáxias é a estrutura em rotação mais longa já observada.

Uma equipa de astrónomos que analisa a distribuição de galáxias no Universo próximo identificou um fenómeno fora do comum: um gigantesco filamento de galáxias que parece enrolar-se sobre si próprio, como se estivesse preso num lento “tornado” cósmico.

Com pelo menos 49 milhões de anos-luz de extensão, esta estrutura torna-se o maior filamento em rotação alguma vez detetado - um verdadeiro vórtice integrado na teia cósmica.

Trata-se também de uma das maiores estruturas giratórias já observadas, oferecendo pistas diretas sobre a forma como a teia cósmica organiza a matéria no Universo e deixa a sua assinatura no modo como as galáxias se orientam e evoluem.

“O que torna esta estrutura extraordinária não é apenas a dimensão, mas a combinação entre alinhamento do eixo de rotação e movimento rotacional”, afirma a física Lyla Jung, da Universidade de Oxford (Reino Unido).
“Pode imaginar-se algo como o carrossel das chávenas num parque de diversões: cada galáxia é como uma chávena a rodar, mas toda a plataforma - o filamento cósmico - também está a rodar. Este duplo movimento dá-nos uma visão rara sobre como as galáxias adquirem o seu ‘giro’ a partir das estruturas maiores onde vivem.”

Teia cósmica, matéria escura e a “espinha dorsal” invisível do Universo

A teia cósmica pode ser entendida como a estrutura de suporte invisível do Universo: uma rede imensa e intrincada composta por filamentos de matéria escura que, através da gravidade, mantém a grande escala do cosmos “amarrada” e condiciona onde as galáxias surgem, como se distribuem e de que forma se deslocam.

Estes filamentos funcionam como autênticas autoestradas cósmicas, ao longo das quais a matéria se acumula e as galáxias se agrupam. Ao estudá-los, obtém-se uma visão de conjunto da “metaarquitetura” do Universo e de como ela se foi construindo desde os primeiros instantes após a Grande Explosão.

Como foi encontrado o filamento: MEERKat, MIGHTEE e levantamentos complementares

Sob a liderança de Jung e com co-liderança da física Madalina Tudorache (Universidade de Oxford e Universidade de Cambridge), os investigadores identificaram este filamento em 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 - relativamente “perto”, em termos cosmológicos - destacaram-se 14 galáxias com um comportamento invulgar. Pareciam dispostas numa linha surpreendentemente reta e fina, com aproximadamente 117 000 anos-luz de largura e 5,5 milhões de anos-luz de comprimento. Além disso, a orientação de demasiadas delas coincidida de forma consistente para ser explicada por mero acaso.

Perante este indício, a equipa avançou para uma análise mais abrangente, recorrendo a dois conjuntos de dados com maior cobertura e diferentes comprimentos de onda:

• o Levantamento Digital do Céu Sloan, com um campo de visão mais amplo no ótico e infravermelho;
• o levantamento do Instrumento Espectroscópico de Energia Escura (DESI), que reúne observações no ótico, infravermelho e ultravioleta.

Com base nesses dados, foram identificadas mais 283 galáxias à mesma distância, alinhadas com a mesma configuração retilínea. E, crucialmente, as novas galáxias repetiam o mesmo padrão: uma preferência clara de orientação axial ao longo do filamento.

Desvio para o vermelho e rotação: o sinal cinemático do filamento

Estruturas tão definidas raramente aparecem no espaço sem um “mecanismo” que as organize. Aqui, a hipótese mais forte era precisamente a existência de um filamento da teia cósmica - especialmente estimulante porque as grandes estruturas dominadas por matéria escura não são, por natureza, fáceis de delinear diretamente.

O quadro tornou-se ainda mais convincente quando os investigadores analisaram o desvio para o vermelho das galáxias. De um lado do filamento, a luz surgia deslocada para comprimentos de onda mais curtos (um desvio para o azul), coerente com uma aproximação ao observador. Do lado oposto, verificava-se o efeito inverso: um desvio para comprimentos de onda mais longos (mais “vermelhos”), compatível com afastamento.

Este padrão é uma assinatura clara de rotação do conjunto. A equipa conseguiu ainda modelar a velocidade do movimento: cerca de 110 km/s, comparável à velocidade com que a Via Láctea e Andrómeda se aproximam uma da outra.

O que isto diz sobre o nascimento do “giro” das galáxias (Teoria do Torque de Maré)

O comportamento observado encaixa de forma elegante nas previsões da Teoria do Torque de Maré, que propõe que assimetrias no campo gravitacional do Universo primordial transferiram momento angular para os filamentos em formação da teia cósmica - imprimindo-lhes rotação.

Em paralelo, a deteção de gás difuso de hidrogénio neutro frio no filamento, juntamente com o elevado conteúdo de hidrogénio nas galáxias associadas, sugere que estes filamentos podem atuar como canais de abastecimento: fornecem o “combustível” necessário ao crescimento das galáxias e à formação de novas estrelas.

Além disso, o facto de tantas galáxias estarem alinhadas ao longo do filamento aponta para um mecanismo adicional: os filamentos da teia cósmica podem transferir momento angular para as galáxias, ajudando a explicar como estas adquirem a sua rotação desde fases muito precoces.

Uma ligação escondida no céu profundo

Quando se observa uma imagem de campo profundo, as galáxias podem parecer dispersas de forma quase aleatória, como pontos sem relação entre si. A identificação deste filamento gigante mostra que o Universo pode estar muito mais interligado do que a aparência sugere - e que estruturas vastas e invisíveis podem exercer uma influência determinante que só se revela com medições detalhadas.

“Encontrámos evidência forte de que as galáxias rodam em torno da espinha do filamento, tornando esta a mais longa estrutura em rotação descoberta até à data”, escrevem os autores no artigo.
“Esta estrutura pode ser o ambiente ideal para determinar a relação entre o gás de baixa densidade na teia cósmica e a forma como as galáxias aí inseridas crescem, usando esse material.”

O que vem a seguir: confirmar, mapear e comparar com simulações

Um passo natural será procurar mais exemplos de filamentos em rotação e perceber se esta “assinatura” é comum ou rara. Isso permitirá testar, com mais estatística, até que ponto a Teoria do Torque de Maré explica a origem do momento angular não só nas galáxias, mas também nos próprios filamentos da teia cósmica.

Em simultâneo, comparar estes resultados com simulações cosmológicas modernas - que incorporam matéria escura, gás, formação estelar e evolução galáctica - poderá ajudar a separar o que é rotação coerente de grande escala do que pode resultar de movimentos locais, interações entre galáxias ou efeitos de observação. Quanto melhor for o mapeamento do hidrogénio neutro e do ambiente de baixa densidade, mais clara se torna a ponte entre a estrutura invisível da teia cósmica e a história visível das galáxias.

A investigação foi publicada na revista Notícias Mensais da Sociedade Astronómica Real.