Tempo com ventos é a previsão em regiões onde as estrelas estão se formando. Simulações numéricas mostram que esses ventos podem reformar as galáxias anãs, reconciliando suas propriedades de acordo com a atual teoria de formação das galáxias.
As menores coisas as vezes causam os maiores problemas. As menores galáxias não são uma exceção: elas têm por muito tempo causado dificuldades para a cosmologia moderna. Nem o número nem a aparência das pequenas galáxias anãs estão de acordo com as previsões outrora feitas com sucesso pela teoria da matéria escura fria de formação de galáxias. Essas previsões contudo, são normalmente derivadas de simulações que não incluem as estrelas. Isso pode ser facilmente justificado pelo fato da matéria visível ter uma menor influência no processo de formação das galáxias. O ator oculto é a matéria escura, a qual não é visível e só pode ser confirmada pelo seu efeito gravitacional. Porém em estudo recentes, o próprio Governato e seus colegas demonstrou que a matéria visível também tem papel fundamental na modificação das galáxias anãs, dessa forma essa equipe de pesquisadores resolveu dois grande problemas relacionados a matéria escura no processo de formação das galáxias.
A natureza precisa da matéria escura é desconhecida. A matéria fria escura é formada por partículas hipotéticas que se tornam não relativistas (com movimento lento) logo após ao Big Bang. No entanto, apesar dessa incerteza, o modelo predominante de formação de galáxia com base na matéria escura fria é tremendamente bem sucedido, prevendo com precisão uma vasta gama de dados observados.
Galáxias anãs são pequenas acumulações de estrelas com massa total de um décimo ou menos da massa da nossa galáxia. Diferente da Via Láctea, que possui grandes braços espirais e um proeminente bulbo esférico central, as galáxias anãs não tem um bulbo central e possuem estruturas espirais pouco organizadas. Elas também são menos efetivas do que as galáxias normais n o processo de formação de estrelas e de retenção de gás. Estrelas e gás nas galáxias anãs constituem normalmente menos de 10% da massa total, com o restante sendo composto pela matéria escura.
Uma previsão fundamental da teoria baseada na matéria escura fria para a formação das galáxias, ou modelo CDM, é que as galáxia possuem um cúspide central – a densidade da matéria aumenta gradativamente em direção ao centro da galáxia. Esses cúspides, acredita-se que surjam pelo fato das galáxias serem formadas de maneira hierárquica, com pequenas estruturas se fundindo para criar estruturas maiores. A medida que a fusão acontece a matéria com pouco momento angular mergulha em direção ao centro galáctico, criando um perfil de cúspide. Mesmo que as galáxias anãs se formem a partir de muitos pequenos e individuais objetos, elas devem ter um perfil de densidade central mais fino. Isso por sua vez entra em contraste com as observações. As galáxias anãs as vezes são vistas abrigando grandes regiões com densidade aproximadamente constante no seu centro: neste caso seu perfil é arredondado. Dessa maneira o modelo CDM não pode explicar esse tipo de perfil nessas galáxias. Muitas soluções têm sido propostas para resolver esse dilema – a mais dramática delas abandona completamente o modelo CDM em favor a uma teoria inteiramente nova.
Mas antes deste drástico passo ser tomado, a precisão da previsão do cúspide precisa ser verificada. Cúspides são previstos a partir de simulações numéricas que consideram somente a matéria escura. Em face disto, as galáxias anãs devem ser bem representadas por simulações somente da matéria escura, pois sua massa é dominada pela matéria escura. Por outro lado, essas galáxias são sensíveis aos processos energéticos ocorridos durante o processo de formação de estrela, que podem lançar energias comparáveis àquelas que mantém as galáxias anãs unidas. Se o processo de formação de estrelas afeta a região central das galáxias anãs, ele pode resolver o dilema das diferenças observadas entre os núcleos das galáxias. Para testar essa hipótese é necessário simular a matéria escura e a matéria luminosa numa galáxia de maneira simultânea – um desafio mesmo para os mais poderosos supercomputadores.
A corrida para se realizar grandes e sofisticadas simulações da formação das galáxias é muito competitiva. Governato e seus colegas fizeram uma escolha inteligente na simulação das galáxias anãs, ao invés de simular as grandes estruturas do universo. As simulações são severamente limitadas pelo tempo computacional e neste ponto, quanto menor o tamanho das galáxias anãs mais recurso computacional é necessário para resolver os processos físicos em pequenas escalas. Essa é a chave para o sucesso do trabalho de Governato e seus colegas. Suas simulações seguem um ambiente mais amplo no qual as galáxias se formam enquanto são resolvidos os menores processos físicos, relevantes para o processo de formação de estrelas.
O modelo dos autores revela que as estrelas e o gás tem um papel ativo na formação das galáxias anãs. No curso normal da formação de estrelas, as estrelas massivas são produzidas e possuem um ciclo de vida curto, terminando em espetaculares explosões de supernova. Fortes ventos originados nessas explosões removem gás da região de formação de estrelas. Se a formação de estrelas ocorre no centro de uma galáxia anã, os ventos da supernova irão preferencialmente remover o gás de baixo momento angular que tinha mergulhado no centro da galáxia. A matéria escura também precisa reagir à remoção de gás com o objetivo de manter o equilíbrio dinâmico.
O fato marcante de uma solução astrofísica satisfatória é que ela resolve múltiplos problemas com um único processo físico. Governato e seus colegas dizem que os ventos da supernova explicam tanto os perfis de densidade rasos observados nas galáxias anãs como a perda de seu bulbo central, resolvendo simultaneamente os dois maiores problemas no modelo CDM de formação de galáxias. Mesmo assim, a equipe ainda está longe de uma simulação completa de duas galáxias anãs. Simulações sobre uma variedade mais ampla de massas e ambientes são necessárias para verificar o clamor de que os ventos da supernova resolvam o dilema de diferença na formação dos núcleos galácticos. Contudo, uma forte pista de que os cientistas estão no caminho certo é visualmente evidente, a galáxia resultante de suas simulações é muito similar a uma galáxia real (Figura).
As simulações numéricas de Governato e seus colaboradores produzem galáxias que são idênticas com galáxias reais. Na figura pode-se ver uma galáxia real a direita e uma galáxia simulada a esquerda, é possível observar a semelhança entre as duas imagens.