Nube, a galáxia que pode ser a primeira exibição da mecânica quântica em escala cósmica

Nube (“nuvem” em espanhol) é uma galáxia anã quase invisível. Seu brilho é 10 vezes mais fraco do que o das galáxias de seu tipo, e ela passou despercebida em mapeamentos anteriores dessa parte do céu, como se fosse um fantasma. Até que as imagens multicoloridas ultraprofundas feitas pelo Gran Telescopio de Canarias (GTC) confirmaram que a mancha não era algum tipo de erro fotográfico, mas um objeto extremamente difuso.

Há muitas coisas excepcionais sobre Nube, mas a mais intrigante é que ela não poderia existir se a matéria escura que contém fosse o que pensamos até agora. A existência de Nube só poderia ser explicada se abríssemos o leque de possibilidades para a natureza da matéria escura, e a explicação pode se encaixar com as observações se o que estivermos vendo for uma bela exibição de um efeito da mecânica quântica.

Raridade

Devido ao seu baixo brilho, é muito difícil determinar a distância de Nube. Com observações feitas com o Green Bank Telescope(GBT, nos EUA), estimamos que a galáxia pode estar a cerca de 300 milhões de anos-luz de distância, embora novas observações com o Very Large Array Telescope (VLA) e o William Herschel Telescope tentarão verificar se essa distância está correta.

Localizar a posição exata de Nube é uma etapa muito importante no seu estudo, pois as propriedades que medimos para essa galáxia dependem da distância a que ela se encontra.

Nube é três vezes mais dispersa do que outras galáxias com o mesmo número de estrelas. Ela tem um terço do tamanho da Via Láctea, mas com uma massa semelhante à da Pequena Nuvem de Magalhães (400 milhões de estrelas). Como regra geral, as galáxias têm uma densidade muito maior de estrelas nas suas partes internas, densidade que diminui rapidamente à medida que nos afastamos do centro. No entanto, a densidade de estrelas em Nube praticamente não varia por toda a sua extensão, e essa é sua principal peculiaridade.

Embora existam várias maneiras de explicar como uma galáxia pode acabar mais dispersa do que quando se formou, nenhum desses cenários é capaz de explicar Nube. Ou seja, não sabemos como uma galáxia com características tão extremas poderia existir, a menos que… A menos que a matéria escura em Nube não seja o que entendemos ser a matéria escura até o momento.

Desafiando o modelo atual da matéria escura

O Universo nos diz que a matéria escura é composta de partículas maciças que interagem muito fracamente umas com as outras. Assim, é muito difícil estudá-la, pois ela não pode ser vista e não emite luz. Os cientistas estão procurando essa estranha substância há décadas, e ainda não sabemos quais partículas a compõem. Essa é uma das grandes incógnitas cosmológicas que quiçá serão resolvidas nas próximas décadas.

Essa explicação para a matéria escura, de que ela é composta por partículas com quase nenhuma interação entre elas, é consistente com o fato de as estrelas e o gás se tornarem mais concentrados à medida que uma galáxia evolui, mas exatamente o oposto é verdadeiro para Nube. Portanto, Nube é uma anomalia. As simulações cosmológicas não conseguem reproduzir suas “características extremas”, mesmo em diferentes cenários.

Não há escolha: precisamos ampliar o modelo cosmológico para outras possíveis matérias escuras. Temos que procurar em outros campos para imaginar uma explicação para Nube.

Matéria escura difusa?

Há uma possibilidade, muito sugestiva, que é o fato de as propriedades incomuns de Nube nos dizerem que as partículas que compõem a matéria escura não são maciças, muito pelo contrário. É possível que elas tenham uma massa ridiculamente pequena, que sejam matéria escura ultraleve, formada pelos hipotéticos áxions, que também estamos procurando.

Estaríamos lidando com matéria escura difusa, ou fuzzy dark matter (como é conhecida em inglês). E a partir daqui, essa explicação final é que nos leva à mecânica quântica.

Ondas do tamanho de uma galáxia

Poderíamos pensar na matéria escura como partículas quânticas que exibem um comportamento típico de onda. Quanto menores forem essas partículas, maior será a onda que elas descrevem. Como estamos falando de partículas muito, muito, muito, muito, muito, muito, muito, muito pequenas, inconcebivelmente pequenas, seu comprimento de onda poderia, então, ser tão grande quanto uma galáxia.

Simulações desse tipo de matéria escura mostram que esse comportamento de onda cria uma estrutura quase plana no centro de uma galáxia. E isso poderia explicar por que as estrelas de Nube estão distribuídas como estão.

Se esse fosse o caso, a estrutura central incomum de Nube seria a manifestação das propriedades dessa partícula quântica, mas em escala galáctica.

Se esta hipótese fosse confirmada, ela unificaria o mundo do muito pequeno com o do muito grande. E, então, Nube seria uma das mais belas exibições que já vimos da natureza.