Raios X e curvatura da luz

Além das curvas de rotação, os astrônomos usaram as observações de raio X para confirmar as grandes massas de galáxias e aglomerados galácticos. Quando aquecidos a altas temperaturas (milhões de graus Celsius), os gases emitem raios X. Quanto mais quente a matéria, mais raios X serão emitidos. Dessa forma, quando os astrônomos olharam dentro de aglomerados médios (os espaços entre os aglomerados galácticos) com os telescópios de raio X, descobriram grandes nuvens de gases com dezenas e até centenas de milhões de graus Celsius. Essas nuvens de gases eram invisíveis aos telescópios ópticos. Quando os astrônomos calcularam a massa a partir das medidas da temperatura, confirmaram relações massa-luz de 100 ou mais, o que dava mais evidência de matéria escura.

NASA/CXC/E. O'Sullivan et al. Essa imagem de telescópio de raio X mostra que a galáxia NGC455 está cercada por uma nuvem de gás a 10 milhões de graus Celsius

A matéria escura desvia a luz através da gravidade

Em sua teoria geral da relatividade, Albert Einstein mostrou que os objetos de grande massa podem deformar o espaço-tempo com sua gravidade. Vamos observar esse fenômeno com um super aglomerado galáctico. O super aglomerado deforma o espaço-tempo ao redor dele. Os raios de luz que emanam de um objeto distante atrás do super aglomerado passam através do espaço-tempo distorcido. Eles se desviam e convergem para o observador. Por esse motivo, o super aglomerado age como uma grande lente gravitacional, semelhante a uma lente óptica (veja Como funciona a luz).

A imagem distorcida do objeto distante pode aparecer de três formas possíveis, dependendo do formato da lente:

1. Arredondada - a imagem aparece como um anel de luz conhecido como anel de Einstein.

2. Alongada ou elíptica - a imagem se divide em quatro imagens e aparece como uma cruz conhecida como cruz de Einstein.

3. Agrupada - a imagem aparece como uma série de arcos maiores e arcos menores em forma de banana.

Medindo o ângulo de desvio, os astrônomos podem calcular a massa da lente gravitacional (quanto maior o desvio, mais massiva será a  lente). Com esse método, os astrônomos confirmaram que os aglomerados galácticos possuem, de fato, massas elevadas, conforme indicado pelas curvas de rotação e pelas imagens de raio X. As massas elevadas excedem as massas medidas pela matéria luminosa (isto é, relação massa-luz elevada) e apresentam evidências de matéria escura.

MOND: Modified Newtonian Dynamics (Dinâmica Newtoniana Modificada) Na década de 80, o físico Mordecai Milgrom sugeriu que a matéria escura talvez não existisse. Ele achou que a segunda lei do movimento de Newton (força = massa x aceleração, f = ma), uma lei fundamental da física, deveria ser revista nos casos de movimentos galácticos. Isso seria uma grande mudança da maneira como entendemos o universo, pois a segunda lei de Newton forma a base de muitas leis da física. Milgrom sugeriu uma modificação para essa lei chamada de MOND, ou Dinâmica Newtoniana Modificada. Essa modificação compreende a adição de uma constante matemática nova na segunda lei de Newton. A MOND encontrou o ceticismo de muitos astrônomos e físicos, pois não foi introduzida como um princípio físico fundamental, mas como uma solução para um problema específico. Além disso, a MOND não pode responder pelas evidências de matéria escura descoberta por outras técnicas que não envolvem a segunda lei de Newton, como a astronomia do raio X e as lentes gravitacionais. Além disso, os físicos testaram recentemente a segunda lei de Newton em acelerações tão baixas quanto 5x10-14m/s2 e relataram que se confirma f = ma sem necessidade de modificações (veja as Atualizações de Notícias do Instituto Americano de Física: "Segunda Lei de Newton do Movimento", 11 de abril de 2007). O destino da MOND ainda é questionável e pode ser explorado.