O universo guarda os seus segredos de formas inesperadas. Por vezes, o que os cientistas não conseguem observar é tão importante - ou até mais - do que aquilo que conseguem ver.
Um novo estudo avança uma hipótese arrojada: a matéria escura pode não ser composta por uma única partícula. Em vez disso, poderá resultar de duas componentes que actuam em conjunto.
Esta proposta ajuda a perceber porque é que um sinal enigmático surge na Via Láctea, mas não aparece em galáxias mais pequenas.
A investigação está a alterar a forma como os cientistas encaram o comportamento da matéria escura em diferentes ambientes do universo.
O mistério da matéria escura
A matéria escura representa uma grande fatia do universo, mas continua sem ser detectada directamente. Ainda assim, a sua existência é inferida pelos efeitos gravitacionais.
As galáxias rodam e movem-se de maneiras que a matéria visível não consegue justificar, o que indica a presença de massa adicional invisível.
Muitos modelos defendem que a matéria escura é feita de partículas minúsculas. Se essas partículas colidirem, podem aniquilar-se e libertar energia sob a forma de raios gama. Instrumentos como o Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi procuram precisamente este tipo de assinatura.
Durante muito tempo, esperou-se encontrar sinais semelhantes em várias galáxias. Contudo, as observações têm contado outra história.
O brilho estranho da Via Láctea
Perto do centro da Via Láctea, astrónomos identificaram um sinal intenso de raios gama, com o aspecto de um brilho arredondado e luminoso. Para alguns investigadores, a origem pode estar na matéria escura.
“De momento parece haver um excesso de fotões provenientes de uma região aproximadamente esférica que envolve o disco da Via Láctea”, explicou Gordan Krnjaic, do Laboratório Nacional do Acelerador Fermi.
O sinal é compatível com aquilo que se esperaria de 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.
O enigma torna-se ainda mais intrigante quando os cientistas comparam estes resultados com o que se observa fora da nossa galáxia.
Porque é que as galáxias anãs confundem os cientistas
As galáxias anãs são pequenas e pouco brilhantes, mas podem conter grandes quantidades 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 da matéria escura forem verdadeiras, deveríamos vê-la em todas as galáxias, por exemplo em todas as galáxias anãs”, afirmou Krnjaic.
No entanto, esse sinal não é observado nas galáxias anãs. Esta ausência representa um problema sério: nos modelos mais simples, as interacções da matéria escura deveriam produzir emissões tanto em galáxias grandes como em galáxias pequenas.
A discrepância sugere que a matéria escura poderá ser menos simples do que se pensava.
Limites das ideias mais antigas
Os modelos tradicionais partem do pressuposto de que existe apenas um tipo de partícula de matéria escura, com interacções previsíveis. Em algumas propostas, a taxa de interacção mantém-se constante; noutras, depende da velocidade a que as partículas se movem.
Nenhuma destas abordagens consegue acomodar totalmente os dados: na Via Láctea observa-se um sinal forte, enquanto nas galáxias anãs não se observa nada.
Era esperado que as galáxias anãs gerassem sinais muito mais fracos do que os da Via Láctea - mas, com instrumentos mais sensíveis, ainda assim detectáveis.
Como essas detecções não acontecem, parece haver um elemento em falta nas teorias actuais.
Duas formas de matéria escura
Os investigadores propõem que a matéria escura possa ser composta por dois tipos de partículas, e não por um só. Para produzir raios gama, essas duas partículas teriam de se encontrar.
“O que estamos a tentar salientar neste artigo é que pode existir um tipo diferente de dependência ambiental, mesmo que a probabilidade de aniquilação seja constante no centro da galáxia”, explica Krnjaic.
“A matéria escura poderia, de forma simples, ser composta por duas partículas diferentes, e as duas partículas diferentes precisam de se encontrar para poderem aniquilar-se.”
O estudo descreve estas partículas como existindo em dois estados: um mais leve e outro, excitado, ligeiramente mais pesado. O estado mais pesado só se forma em condições específicas.
Como a energia muda tudo
A diferença essencial entre galáxias está na energia disponível. Em galáxias grandes como a Via Láctea, as partículas de matéria escura deslocam-se mais depressa. Já nas galáxias anãs, movem-se muito mais lentamente.
De acordo com o estudo, as partículas precisam de energia suficiente para transitar para o estado mais pesado antes de conseguirem interagir. Na Via Láctea, essa energia existe e a transição é possível; nas galáxias anãs, não.
Assim, torna-se compreensível porque é que o sinal surge num contexto e não noutro.
“Desta forma, obtêm-se previsões muito diferentes para a emissão”, disse Krnjaic. Esta ideia, simples na base, resolve um puzzle antigo sem descartar a matéria escura como fonte.
Uma população de matéria escura em mudança
O estudo também descreve uma evolução ao longo do tempo. No universo primordial, ambos os tipos de partículas estariam presentes. Mais tarde, as partículas mais pesadas tornaram-se raras ao converterem-se em partículas mais leves.
Em galáxias grandes, as colisões podem voltar a criar as partículas mais pesadas. Isso permite que o sinal reapareça. Nas 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 futuras observações poderão revelar
Para testar esta hipótese, os cientistas irão recorrer a dados mais robustos. O Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi continua a observar galáxias, e futuras missões e telescópios poderão trazer respostas mais claras.
Se, mais tarde, forem detectados raios gama em galáxias anãs, isso poderá indicar que ambos os tipos de partículas existem também nesses sistemas. Se a ausência persistir, poderá reforçar a ideia de que a matéria escura se comporta de forma diferente consoante o ambiente.
O novo modelo sugere que as pistas da matéria escura podem estar distribuídas de maneira desigual no espaço. Ao analisar tanto o que se observa como o que falta, os cientistas aproximam-se de resolver um dos maiores mistérios da ciência.
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