Podemos ter esbarrado, sem querer, em um sinal de matéria escura lá em 2019.
A pista, potencialmente histórica, pode estar escondida em dados já existentes de ondas gravitacionais - ondulações no próprio tecido do espaço-tempo.
Onde essa possível evidência apareceu
Um grupo de físicos dos Estados Unidos, do Reino Unido e da Europa sugeriu que, se dois buracos negros colidirem enquanto estiverem envolvidos por uma nuvem de matéria escura, as ondas gravitacionais emitidas e propagadas pelo cosmos podem carregar a “assinatura” desse ambiente.
Para testar a ideia, os pesquisadores aplicaram o modelo a dezenas de detecções de ondas gravitacionais e encontraram um único evento que, possivelmente, se encaixa no cenário.
Ainda está longe de ser uma confirmação, mas a equipe afirma que o resultado pode abrir um caminho novo para investigar, ao mesmo tempo, ondas gravitacionais e matéria escura.
"Usar buracos negros para procurar matéria escura seria fantástico", diz Rodrigo Vicente, físico da Universidade de Amsterdã.
"Seríamos capazes de sondar a matéria escura em escalas muito menores do que jamais conseguimos."
Ondas gravitacionais: da teoria à detecção
Em 1916, Einstein publicou sua teoria geral da relatividade, que descreve a gravidade como um efeito associado à curvatura do espaço-tempo. Com o tempo, previsões dessa teoria foram sendo confirmadas, uma a uma, por observações - mas um detalhe incômodo persistiu por quase um século.
Einstein previu que movimentos de objetos muito massivos - por exemplo, a fusão de buracos negros ou de estrelas de nêutrons - poderiam gerar ondulações no espaço-tempo viajando à velocidade da luz.
Somente em 2015 essas ondas gravitacionais foram finalmente detectadas de forma direta, e centenas de eventos foram registados na década desde então.
Cada registro traz consigo informações sobre o próprio fenômeno, incluindo as massas dos objetos envolvidos e, por consequência, pistas sobre a identidade deles.
Na maioria das vezes, trata-se de fusões entre buracos negros de massas diferentes, colisões entre pares de estrelas de nêutrons ou buracos negros engolindo remanescentes estelares. Outros sinais podem apontar para objetos mais exóticos, como buracos de minhoca para Universos paralelos.
Como a matéria escura poderia deixar marcas nas ondas gravitacionais
Os autores do novo estudo levantaram a hipótese de que mais informações possam estar escondidas nos sinais de ondas gravitacionais.
Em particular, eles perguntaram se esses sinais poderiam ajudar a atacar outro mistério antigo: o da matéria escura, a substância estranha prevista para permeiar o Universo e interagir com a matéria comum apenas por meio de sua influência gravitacional.
Um dos modelos descreve a matéria escura como composta por partículas ultraleves. Em ambientes extremos - como nas proximidades da gravidade intensa de buracos negros - essas partículas poderiam formar um campo e agir coletivamente como uma onda.
Como já se sabe que buracos negros em rotação arrastam o próprio espaço-tempo, os pesquisadores argumentam que não é um grande salto supor que essa energia de rotação também possa influenciar nuvens de matéria escura ao redor.
Em resposta, essas nuvens deveriam alterar a dinâmica de sistemas binários de buracos negros à medida que eles se chocam - e, segundo a equipe, isso deixaria marcas específicas nas ondas gravitacionais emitidas.
O grupo então modelou qual seria o efeito desse fenômeno nos sinais de ondas gravitacionais até eles chegarem aos detetores na Terra e comparou com fusões que ocorrem em um ambiente sem uma grande nuvem de matéria escura “pairando” sobre o sistema.
O evento GW190728 e o que (ainda) não dá para afirmar
Por fim, eles aplicaram o modelo a 28 detecções realizadas pela rede LVK de observatórios de ondas gravitacionais: LIGO, nos Estados Unidos, Virgo, na Itália, e KAGRA, no Japão. Desses eventos, 27 sinais exibiram padrões compatíveis com uma origem em vácuo.
Mas um caso, detetado em julho de 2019 e designado GW190728, apresentou um padrão coerente com a fusão de um par de buracos negros dentro de uma nuvem densa de matéria escura.
O resultado chama atenção, mas os próprios autores pedem cautela antes de tirar conclusões fortes.
"A significância estatística disso não é alta o suficiente para reivindicar uma detecção de matéria escura, e verificações adicionais devem ser feitas por grupos independentes", diz o físico Josu Aurrekoetxea, do MIT.
"O que achamos importante destacar é que, sem modelos de forma de onda como o nosso, poderíamos estar detectando fusões de buracos negros em ambientes de matéria escura, mas classificando-as sistematicamente como tendo ocorrido no vácuo."
É claro que ainda nem sabemos que forma a matéria escura assume - talvez ela nem forme nuvens como essa. Ela pode ser do tipo WIMP ou MACHO; pode ter auto-interação ou ser inerte; pode interagir com o eletromagnetismo; pode até ser composta por pequenos buracos negros primordiais.
Ou sempre existe a possibilidade de que ela não exista, e de que os nossos modelos de gravidade precisem de ajustes.
Será necessário muito mais trabalho para lançar luz sobre a matéria escura.
A nova pesquisa foi publicada na revista Cartas de Revisão Física.
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