Observações do Telescópio Espacial James Webb identificaram uma concentração incomum de matéria no centro do aglomerado de galáxias XLSSC 122, localizado a aproximadamente 10,4 bilhões de anos-luz da Terra. A estrutura existia quando aglomerados desse porte ainda começavam a se formar e, por isso, desafia previsões sobre a velocidade de evolução do Universo.
Os dados também tornaram XLSSC 122 o aglomerado mais distante conhecido a apresentar lente gravitacional forte. O fenômeno ocorre quando a gravidade de um objeto muito massivo curva e distorce a luz de galáxias que estão atrás dele. Essas distorções permitem estimar como a massa está distribuída, inclusive a parcela que não pode ser observada diretamente.
O aglomerado foi identificado originalmente em 2014, em um levantamento de raios X realizado pelo satélite XMM-Newton, da Agência Espacial Europeia. Observações posteriores do Telescópio Espacial Hubble confirmaram sua distância e indicaram que ele parecia desenvolvido demais para aquela fase da história cósmica. O Webb registrou pela primeira vez arcos curvos de luz ao redor da região central, evidência definitiva da lente gravitacional forte no objeto.
Uma concentração de massa inesperada
XLSSC 122 existia durante um período conhecido como “meio-dia cósmico”, cerca de 10 bilhões de anos atrás, quando a formação de estrelas atingia seu ritmo mais intenso. Segundo os pesquisadores, o aglomerado já apresentava tamanho e organização associados a estruturas mais recentes, mas ainda estava em processo de fusão.
As novas medições indicam que uma quantidade excepcionalmente grande de massa está concentrada na região central. Modelos cosmológicos padrão preveem que estruturas tão grandes deveriam crescer de maneira mais gradual, o que torna o resultado particularmente inesperado para um aglomerado tão antigo.
A equipe combinou a lente gravitacional forte com a lente gravitacional fraca, que provoca alterações menores na aparência de galáxias distantes. Enquanto a primeira ajuda a medir a massa concentrada no centro, a segunda permite investigar regiões mais afastadas. Dados de raios X e rádio reforçaram a conclusão de que as galáxias do XLSSC 122 ainda estão se unindo.
A maior parte do efeito gravitacional observado é atribuída à matéria escura, substância que não emite luz, mas cuja influência gravitacional ajuda a explicar a formação e a organização de galáxias, aglomerados e filamentos cósmicos. De acordo com o material da pesquisa, a matéria escura é cerca de cinco vezes mais abundante que a matéria comum.
Luz difusa pode indicar matéria escura
Em um terceiro estudo, os cientistas detectaram a chamada luz intraglomerado, um brilho fraco produzido por estrelas que deixaram de estar ligadas a galáxias individuais. A observação é apontada como a mais antiga já feita desse tipo de luz.
As estrelas foram espalhadas pelo espaço entre as galáxias durante interações e colisões. No centro de XLSSC 122, o formato dessa luz difusa se aproxima da distribuição de matéria escura calculada a partir da lente gravitacional forte. A relação sugere que a luz intraglomerado pode funcionar como um indicador visível da concentração de matéria escura, caso o mesmo padrão seja encontrado em outros aglomerados.
Os pesquisadores pretendem analisar dezenas de aglomerados de galáxias de épocas igualmente remotas. O Webb tem campo de visão relativamente estreito e é mais adequado ao estudo detalhado de alvos selecionados. A busca por novos candidatos deve recorrer a levantamentos amplos de raios X e rádio, além de sinais associados ao efeito Sunyaev-Zel’dovich na radiação cósmica de fundo.
Uma amostra maior será necessária para determinar se as características de XLSSC 122 são raras ou fazem parte de um padrão mais amplo do Universo primordial. Se outros aglomerados também apresentarem desenvolvimento avançado e matéria escura concentrada, os modelos sobre a formação das grandes estruturas cósmicas poderão ser submetidos a novos testes.
