A matéria escura, um dos segredos mais bem guardados do universo, pode ter pintado silenciosamente o cosmos em tons fracos e detectáveis de vermelho e azul o tempo todo, sugere um novo estudo.
Matéria escura representa mais de 80% da matéria do universo, mas não emite, absorve ou reflete luz, tornando impossível a observação direta. Agora, um novo estudo teórico realizado por cientistas da Universidade de York, no Reino Unido, sugere que a luz que passa por regiões do espaço ricas em matéria escura pode adquirir uma tonalidade fraca – ligeiramente vermelha ou azul, dependendo do tipo de matéria escura que encontra.
O efeito seria extraordinariamente sutil, fraco demais para ser detectado pelos telescópios atuais, mas potencialmente mensurável com a próxima geração de observatórios ultrassensíveis, dizem os pesquisadores.
“É uma pergunta bastante incomum de se fazer no mundo científico, porque a maioria dos pesquisadores concordaria que a matéria escura é escura”, disse o coautor do estudo. Mikhail Bashkanov da Universidade de York disse em um declaração. “Mas mostrámos que mesmo a matéria escura, que é do tipo mais escuro imaginável, ainda pode ter uma espécie de assinatura de cor.”
A equipe compara o conceito à “regra dos seis apertos de mão”, a teoria do século 20 de que quaisquer duas pessoas na Terra estão conectadas por uma cadeia de, no máximo, seis conhecidos. De forma semelhante, sugere o estudo, mesmo que a matéria escura não interaja diretamente com a luz, poderá fazê-lo indiretamente através de partículas intermediárias que ambos os lados “conhecem”, incluindo o Bóson de Higgsa chamada “partícula de Deus” que representa o campo de Higgs, responsável por dar massa a outras partículas.
Esta ligação indireta poderia permitir que os fótons, as partículas de luz, se dispersassem levemente pelas partículas de matéria escura, deixando para trás um sussurro de cor ou uma “impressão digital” de polarização na luz, sugere o estudo.
“É uma ideia fascinante, e o que é ainda mais emocionante é que, sob certas condições, esta ‘cor’ pode realmente ser detectável”, disse Bashkanov no comunicado. “Com o tipo certo de telescópios de próxima geração, poderíamos medi-lo.”
Em seu estudo, publicado No início deste mês, na revista Physics Letters B, Bashkanov e sua equipe realizaram o que dizem ser os primeiros cálculos detalhados de quão fortemente a luz poderia dispersar a matéria escura.
As descobertas sugerem que se a matéria escura for composta por partículas massivas de interação fraca, ou WIMPs, que interagem através da força nuclear fraca, então a luz que passa através de uma região rica em WIMP perderia primeiro alguns dos seus fotões azuis de alta energia, deixando a luz transmitida ligeiramente tingida de vermelho. Em contraste, se a matéria escura interagisse apenas através da gravidade, os fotões dispersar-se-iam no sentido oposto, dando à luz um ligeiro desvio para o azul, observa o estudo.
Em ambas as situações, as interações são mínimas, mas não nulas, dizem os investigadores, o que significa que a matéria escura pode deixar uma “impressão digital” detectável na luz que viaja através de regiões densas, como os centros de galáxias ou aglomerados de galáxias.
Os seus cálculos mostram que estes efeitos podem distorcer ligeiramente o espectro de luz de objetos distantes. O brilho de uma galáxia, por exemplo, pode parecer microscopicamente mais vermelho ou mais azul, dependendo do tipo dominante de matéria escura situada entre ela e a Terra. Em princípio, tais diferenças poderiam ajudar os cientistas a distinguir entre modelos de matéria escura com base no facto de a luz cósmica distorcer o vermelho ou o azul à medida que viaja através do espaço rico em matéria escura.
“Neste momento, os cientistas estão a gastar milhares de milhões a construir diferentes experiências – algumas para encontrar WIMPs, outras para procurar áxions ou fotões escuros”, disse Bashkanov no mesmo comunicado. “Os nossos resultados mostram que podemos definir onde e como devemos olhar no céu, potencialmente poupando tempo e ajudando a concentrar esses esforços.”
A detecção de tais pequenas mudanças exigiria telescópios ultraprecisos e uma análise meticulosa da luz que viajou milhares de milhões de anos-luz através do cosmos. Futuros observatórios com excepcional sensibilidade espectral e de polarização, como o European Extremely Large Telescope e o Nancy Grace Roman Space Telescope da NASA, poderão um dia testar estas previsões.
Se confirmadas, as descobertas abririam uma janela de observação inteiramente nova sobre a matéria escura, aproximando os cientistas de desvendar um dos maiores mistérios da cosmologia.
