O mistério centenário da matéria escura – a cola invisível que se acredita manter as galáxias unidas – acaba de receber uma pista moderna.
Os cientistas dizem que podem estar um passo mais perto de confirmar a existência deste material indescritível, graças a novas simulações que sugerem que um brilho fraco no centro do Via Láctea poderia ser a assinatura há muito procurada da matéria escura.
Matéria escuraque representa cerca de 27% da matéria do universo, continua sendo um dos maiores enigmas da cosmologia. Não absorve nem reflete luz, tornando-o completamente invisível aos telescópios. Apesar de décadas de experiências, desde detectores de partículas subterrâneas até observatórios espaciais em órbita, os cientistas nunca a detectaram directamente. Agora, porém, novas simulações computacionais da equipe de Muru podem ter nos levado um passo mais perto da decodificação do mistério.
As descobertas mostram que matéria escura perto do centro da Via Láctea pode não formar uma esfera perfeita como os cientistas há muito pensavam. Em vez disso, parece achatado, quase em forma de ovo, e essa forma reflete de perto o padrão de misteriosos raios gama observados pelo Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi da NASA.
Isto se baseia em pesquisas que remontam a 2008, quando Fermi detectou pela primeira vez um brilho amplo e nebuloso de luz de alta energia perto do núcleo galácticoestendendo-se por cerca de 7.000 anos-luz. O sinal era muito mais brilhante do que os modelos existentes poderiam explicar.
Alguns cientistas propuseram que esses raios poderiam ser o subproduto de partículas invisíveis de matéria escura conhecidas como WIMPs (abreviação de partículas massivas de interação fraca) colidindo e aniquilando umas às outras. Outros argumentaram que eles vieram de remanescentes estelares de rotação rápida, conhecidos como pulsares de milissegundos – estrelas de nêutrons antigas e de rotação rápida que emitir feixes de radiação como faróis cósmicos.
A teoria do pulsar fazia sentido porque o brilho dos raios gama parecia achatado e abaulado, muito parecido com o da Via Láctea. região central repleta de estrelas. Se a matéria escura estivesse por trás do brilho, os cientistas esperavam um padrão mais suave e redondo.
Muru e sua equipe decidiram testar ambas as ideias. Usando supercomputadores poderosos, recriaram a forma como a Via Láctea se formou, incluindo milhares de milhões de anos de colisões violentas e fusões com galáxias mais pequenas. Esses eventos violentos, descobriram os pesquisadores, deixaram “impressões digitais” profundas na forma como a matéria escura é distribuída no núcleo galáctico.
Quando esta história complexa é considerada, o halo simulado de matéria escura não parece mais esférico. Em vez disso, assume uma forma achatada, semelhante a um ovo – correspondendo ao padrão de emissão de raios gama que Fermi observou, relata o novo estudo.
“Estamos mostrando que a matéria escura também tem esta forma achatada”, disse Muru. “Então, corresponde ao excesso (de raios gama) muito melhor do que o esperado antes.”
A descoberta sugere que a matéria escura ainda pode ser um forte concorrente por trás do misterioso brilho da Via Láctea. Mas isso não exclui completamente a possibilidade de pulsares, dizem os pesquisadores. Ambas as possibilidades, conclui a equipe, são agora “essencialmente indistinguíveis”.
Se o excesso realmente surgir de colisões de matéria escura, isso marcaria a primeira evidência indireta de que os WIMPs, um dos principais candidatos à matéria escura, realmente existem.
As respostas definitivas poderão surgir no final da década de 2020, quando o Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO) começa a varrer os céus a partir dos seus locais gémeos no Chile e em Espanha. A instalação será capaz de observar raios gama com uma resolução muito mais alta do que a do Fermi, dizem os pesquisadores, potencialmente ajudando-os a distinguir entre um enxame de pulsares, que têm energias mais altas, e partículas de matéria escura aniquiladoras de energia mais baixa.
Muru acrescentou que as observações em raios gama de galáxias anãs mais pequenas que orbitam a Via Láctea, cujos núcleos também albergam matéria escura em bolsas densas, poderiam testar ainda mais ambas as possibilidades.
“É aí que esperamos medir o sinal”, disse Muru. “Estamos realmente ansiosos por essas observações.”
Os cientistas estão convencidos de que a matéria escura existe. A busca para detectá-lo continua sendo um dos desafios mais frustrantes e estimulantes da física moderna.
“Por alguma razão, isso ainda nos escapa”, disse Muru. “E acho que o mistério torna tudo ainda mais interessante.”
Os resultados foram detalhados em um papel publicado em 16 de outubro na revista Physical Review Letters.
