O universo esconde os seus segredos de formas inesperadas. Por vezes, aquilo que os cientistas não observam acaba por ser mais revelador do que aquilo que conseguem ver.
Um novo estudo avança uma hipótese arrojada: a matéria escura poderá não ser composta por uma única partícula. Em vez disso, poderá resultar da coexistência de dois tipos que actuam em conjunto.
A proposta ajuda a perceber porque é que um sinal enigmático surge na Via Láctea, mas não aparece em galáxias mais pequenas.
Com esta linha de investigação, está a mudar a forma como se interpreta o comportamento da matéria escura à escala do universo.
O mistério da matéria escura
A matéria escura representa uma fracção enorme do universo e, ainda assim, ninguém a detectou directamente. O que se sabe sobre ela vem sobretudo do efeito gravitacional que exerce.
As galáxias movimentam-se de maneiras que a matéria visível, por si só, não consegue justificar - o que implica a existência de massa adicional que não vemos.
Muitas teorias defendem que a matéria escura é feita de partículas microscópicas. Quando essas partículas colidem, podem aniquilar-se mutuamente e libertar energia sob a forma de raios gama. Instrumentos como o Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi procuram precisamente este tipo de assinatura.
Seria de esperar encontrar sinais semelhantes em numerosas galáxias. No entanto, as observações sugerem um cenário diferente.
O brilho estranho da Via Láctea
Perto do centro da Via Láctea, astrónomos identificaram um sinal intenso de raios gama, com a aparência de um brilho redondo e marcado. Alguns investigadores consideram que a matéria escura poderá estar na origem desse fenómeno.
“Neste momento, parece haver um excesso de fotões a vir de uma região aproximadamente esférica que envolve o disco da Via Láctea”, explicou Gordan Krnjaic, do Fermi National Accelerator Laboratory.
Este sinal coincide com o que os cientistas antecipam para partículas de matéria escura com uma massa específica. Ainda assim, existe uma alternativa plausível: uma grande população de objectos conhecidos como pulsares também pode gerar radiação semelhante.
A incerteza aumenta quando os investigadores comparam estes dados com medições fora da nossa galáxia.
Porque é que as galáxias anãs baralham os cientistas
As galáxias anãs são pequenas e pouco luminosas, mas podem conter quantidades consideráveis de matéria escura. Se a matéria escura se comportasse da mesma forma em todo o lado, estas galáxias deveriam exibir sinais de raios gama semelhantes.
“Se certas teorias de matéria escura forem verdadeiras, deveríamos vê-la em todas as galáxias, por exemplo em todas as galáxias anãs”, afirmou Krnjaic.
Contudo, esse sinal não surge nas galáxias anãs. Esta ausência cria um obstáculo importante: nos modelos mais simples, as interacções da matéria escura deveriam produzir emissões tanto em galáxias grandes como em pequenas.
Esta discrepância aponta para a possibilidade de a matéria escura ser menos “simples” do que se assumiu durante muito tempo.
Limitações das ideias mais antigas
Os modelos tradicionais partem do pressuposto de que a matéria escura é constituída por um único tipo de partícula, com interacções descritas de forma relativamente directa. Nalguns cenários, a taxa de interacção mantém-se constante; noutros, depende da velocidade a que as partículas se deslocam.
Nenhuma destas abordagens consegue acomodar plenamente o que se observa: a Via Láctea apresenta um sinal forte, enquanto as galáxias anãs não mostram nada.
Os cientistas admitiam que as galáxias anãs produzissem sinais muito mais fracos do que os da Via Láctea - mas ainda assim detectáveis com instrumentos mais sensíveis.
Como esses sinais continuam ausentes, parece faltar uma peça importante nas explicações actuais.
Duas formas de matéria escura
Os investigadores sugerem, então, que a matéria escura possa ser composta por dois tipos de partículas, e não apenas por um. Para gerar raios gama, esses dois tipos teriam de se encontrar.
“O que estamos a tentar salientar neste artigo é que pode haver um tipo diferente de dependência do ambiente, mesmo que a probabilidade de aniquilação seja constante no centro da galáxia”, explica Krnjaic.
“A matéria escura poderia, de forma simples, ser duas partículas diferentes, e as duas partículas diferentes precisam de se encontrar para poderem aniquilar-se.”
Segundo o estudo, estas partículas podem existir em dois estados: um mais leve e outro ligeiramente mais pesado, um estado excitado. O estado mais pesado só se forma em condições específicas.
Como a energia muda tudo
A diferença essencial entre galáxias, neste contexto, está na energia disponível. Em galáxias grandes como a Via Láctea, as partículas de matéria escura tendem a mover-se mais depressa. Já em galáxias anãs, deslocam-se muito mais lentamente.
O trabalho mostra que as partículas precisam de energia suficiente para transitar para o estado mais pesado antes de conseguirem interagir. Na Via Láctea, essa energia existe; nas galáxias anãs, não.
Este mecanismo ajuda a compreender porque é que o sinal aparece num sítio e não noutro.
“Desta forma, obtêm-se previsões muito diferentes para a emissão”, disse Krnjaic. Esta ideia, apesar de simples, resolve um quebra-cabeças antigo sem descartar a matéria escura como explicação para o sinal.
Uma população de matéria escura em mudança
O estudo descreve ainda uma evolução ao longo do tempo. No universo primordial, os dois tipos de partículas estavam presentes. Mais tarde, as partículas mais pesadas tornaram-se raras porque foram convertidas nas mais leves.
Em galáxias grandes, as colisões podem voltar a criar as partículas mais pesadas. Esse “reabastecimento” permite que os sinais reapareçam. Em galáxias anãs, essa recriação não ocorre porque as partículas não têm energia suficiente.
Isto implica que cada galáxia pode ter uma mistura diferente de partículas de matéria escura.
O que as observações futuras poderão revelar
Esta hipótese será posta à prova com dados mais robustos. O Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi continua a observar galáxias, e futuras missões e telescópios poderão oferecer respostas mais nítidas.
Se, mais tarde, forem detectados raios gama em galáxias anãs, isso poderá indicar que ambos os tipos de partículas também existem nesses ambientes. Se os sinais continuarem ausentes, poderá reforçar a ideia de que a matéria escura se manifesta de forma distinta consoante o ambiente.
O novo modelo sugere que as pistas da matéria escura podem estar distribuídas de forma desigual pelo espaço. Ao analisar tanto o que se observa como aquilo que falta, os cientistas aproximam-se de resolver um dos maiores mistérios da ciência.
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