Cientistas podem estar mais perto de confirmar a existência da matéria escura

Ao estudarem um brilho difuso de raios gama próximo ao centro de nossa galáxia, cientistas podem estar mais perto de confirmar a existência da matéria escura. O novo passo é descrito em estudo publicado nesta quinta (16) na revista Physical Review Letters.

O Universo é composto de matéria comum, matéria escura e energia escura.

Tudo o que é visível é feito de matéria comum, a exemplo de estrelas, planetas e pessoas. Ela pode ser vista em comprimentos de onda que vão do infravermelho à luz visível e aos raios gama e compreende uma pequena parcela, 5%, do Universo.

A matéria escura, que não absorve, não reflete e não emite nenhuma luz, responde por outros 27%. E a energia escura é responsável pelo restante.

A confiança dos cientistas na existência da matéria escura está apoiada nos seus efeitos gravitacionais em grande escala no Universo. Mas isso tem sido difícil de provar.

O telescópio Fermi Gamma-ray Space, da Nasa, mapeou um excesso de raios gama em uma vasta extensão próxima ao coração da Via Láctea.

Duas hipóteses foram levantadas para as emissões desses raios gama: ou resultam da colisão de partículas de matéria escura reunidas nessa região galáctica, ou são causadas por uma classe de estrelas de nêutrons —densos núcleos colapsados de estrelas após suas mortes— chamadas de pulsares de milissegundos, que emitem luz em todo o espectro eletromagnético conforme giram centenas de vezes por segundo.

A nova análise, que incluiu simulações avançadas, ponderou os méritos dessas hipóteses concorrentes, considerando-as igualmente prováveis. Os raios gama gerados por colisões de partículas de matéria escura, segundo o estudo, produziriam o mesmo sinal de raios gama observado pelo Fermi.

“Compreender a natureza da matéria escura que permeia nossa galáxia e todo o Universo é um dos maiores problemas da física“, disse o cosmólogo Joseph Silk, da Universidade Johns Hopkins, em Maryland (Estados Unidos), e do Instituto de Astrofísica da Universidade de Paris/Sorbonne (França). Ele é um dos autores do novo estudo.

“Nosso novo e importante resultado é que a matéria escura se encaixa nos dados de raios gama pelo menos tão bem quanto a hipótese rival da estrela de nêutrons. Aumentamos as chances de que a matéria escura tenha sido indiretamente detectada”, acrescentou Silk.

Segundo os pesquisadores, o mais poderoso telescópio terrestre de raios gama do mundo —o Cherenkov Telescope Array Observatory, em construção no Chile— poderá ser capaz de fornecer uma resposta diferenciando as emissões de raios gama dessas duas fontes. Existe a possibilidade de que o equipamento entre em operação em 2026.

“Como a matéria escura não emite nem bloqueia a luz, só podemos detectá-la por meio de seus efeitos gravitacionais sobre a matéria visível”, disse o astrofísico Moorits Mihkel Muru. “Apesar de décadas de busca, nenhum experimento ainda detectou partículas de matéria escura diretamente.” Ele é autor principal do novo estudo e atua na Universidade de Tartu (Estônia) e no Instituto Leibniz de Astrofísica de Potsdam (Alemanha).

O excesso de raios gama foi observado em uma região que se estende pelos 7.000 anos-luz mais internos da galáxia —um ano-luz é a distância que a luz percorre em um ano, 9,5 trilhões de quilômetros. Essa região fica a cerca de 26 mil anos-luz da Terra.

Os raios gama apresentam os menores comprimentos de onda e a maior energia de todas as ondas do espectro eletromagnético. E por que os raios gama podem ser evidência de matéria escura? Suspeita-se que as partículas de matéria escura se aniquilam completamente quando colidem, e essas colisões geram raios gama como subproduto.

Acredita-se que a Via Láctea tenha se formado pelo colapso, sob a força da gravidade, de uma vasta nuvem de matéria escura e matéria comum.

“A matéria comum esfriou e caiu nas regiões centrais, arrastando consigo um pouco de matéria escura para o passeio”, disse Silk. “A única característica da hipótese mais simples da matéria escura é o fato de que se acredita que as partículas de matéria escura são suas próprias antipartículas e se aniquilam completamente quando colidem. Somente os prótons e os antiprótons fazem algo semelhante para produzir raios gama energéticos, e os antiprótons são extremamente raros.”

O brilho dos raios gama também poderia ser produzido pela emissão coletiva de muitos milhares de pulsares de milissegundos até então não observados —o Fermi já confirmou que esses objetos são fontes de raios gama.