Perfil Rotacional de Galáxias

Um problema que intriga a diversos astrônomos é justamente sobre o perfil rotacional de galáxias, onde se mede a distribuição de massa de uma galáxia (e, consequentemente, a massa da mesma), e sua velocidade radial.

Primeiramente, realiza-se a observação da galáxia em questão utilizando o método de espectroscopia ótica, onde, com um instrumento ótico chamado espectrógrafo acoplado ao telescópio, reproduz-se a imagem em um CCD (Charge-Coupled Device) através de um fenda.

Exemplo de posicionamento de uma galáxia na fenda do Espectrógrafo

Onde a imagem obtida para ser então reduzida é:

Exemplo de imagem obtida pelo espectrógrafo Cassegrain

Então, na redução dos dados, basicamente se mede o desvio Doppler de diversos pontos das linhas espectrais dos dois lados em relação ao centro da primeira imagem (consequentemente, centro da galáxia), obtendo então as velocidades destes pontos em relação ao centro. Feito isso, pode-se calcular o perfil rotacional da galáxia e a distribuição de massa da galáxia através de

Onde v² é a velocidade acima medida, ao quadrado; M a distribuição de massa em relação ao centro; e R a distância da distribuição de massa em relação ao centro. É fácil de perceber que, tendo como exemplo a primeira imagem e a equação acima, a distribuição de massa estaria concentrada no centro da galáxia, e quanto maior a distância deste centro, menor seria a distribuição de massa.

Perfil Rotacional de uma Galáxia Espiral: (A) Valores Esperados (B). Valores Medidos

Porém, não é o que ocorre. A figura acima ilustra o valor previsto (A) para a curva, dado a equação acima, enquanto a curva (B) mostra o valor real medido, dizendo-nos que “existe matéria onde não há matéria”, i.e., existe alguma espécie de matéria na qual apenas interage gravitacionalmente e que mantém toda a galáxia coesa, caracterizando uma curva “achatada”, e que essa matéria não emite qualquer tipo de radiação eletromagnética. Essa é a descrição dada a matéria escura, na qual explica a curva observada e o porque da galáxia se manter coesa.

Esse resultado não é único e tampouco “seletivo” – em diversas observações de galáxias do tipo espiral, o perfil observado é exatamente o que foi descrito aqui. Já, inclusive, foi aferida e calculada a curva de rotação da Via Láctea, onde foi confirmado a presença de matéria escura e que ela é dominante em nossa galáxia. Por outro lado, é importante perceber que, no Sistema Solar (SS), os períodos de translação dos planetas, assim como de outros corpos do SS, são diferentes (Plutão, por exemplo, tem o período de translação de 248,9 anos terrestres), evidenciando a ausência de matéria escura no SS.