Novo brilho de raios gama no halo da Via Láctea pode ser pista de matéria escura, diz o Fermi

Um brilho estranho e nunca observado antes no halo da nossa galáxia pode ser, até agora, o indício mais forte de matéria escura.

Uma nova análise de 15 anos de dados do Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi identificou um brilho de raios gama com energias incomumente altas que não se encaixa com facilidade em nenhuma origem conhecida.

Segundo o astrônomo Tomonori Totani, da Universidade de Tóquio, no Japão, essa radiação pode ser produzida quando partículas hipotéticas de matéria escura colidem e se aniquilam.

Não é a primeira vez que astrônomos procuram por um brilho desse tipo - porém é a primeira vez que se encontra um sinal com pico nesse nível específico de energia no halo galáctico, a grande bolha de gás e radiação que envolve a Via Láctea.

"Detectamos raios gama com energia de fóton de 20 gigaelétron-volts (ou 20 bilhões de elétron-volts, uma quantidade de energia extremamente grande) se estendendo em uma estrutura semelhante a um halo em direção ao centro da galáxia Via Láctea", explica Totani.

"O componente de emissão de raios gama coincide de perto com a forma esperada do halo de matéria escura."

O que é a matéria escura e por que ela importa

A matéria escura é um dos mistérios persistentes do Universo. Ela aparece como uma gravidade “a mais” que não pode ser atribuída apenas à soma da matéria que conseguimos observar.

Cálculos indicam que a matéria comum responde por apenas cerca de 16 por cento da distribuição de matéria do Universo, enquanto os 84 por cento restantes seriam de matéria escura - cuja identidade ainda é desconhecida.

Um dos principais candidatos para explicar a matéria escura é uma classe hipotética de partículas chamada partículas massivas de interação fraca, as WIMPs. A teoria atual propõe que, quando WIMPs e suas antipartículas se chocam, elas se aniquilam; esse processo gera uma cascata de diferentes partículas, incluindo fótons de raios gama que, em princípio, poderíamos observar.

É aí que entra o novo “farelo de pão”: se for possível detectar um brilho de raios gama sem uma fonte claramente identificável, existe a chance de que esse brilho tenha sido produzido pela aniquilação de matéria escura.

Buscas com esse objetivo já foram realizadas, mas os resultados até aqui não são conclusivos.

Por que o halo da Via Láctea é um alvo promissor

Uma região que costuma chamar atenção é o centro galáctico, onde se acredita que a densidade de matéria escura seja especialmente alta - e, portanto, o sinal associado à sua presença deveria ser proporcionalmente intenso. De fato, já foram encontrados indícios de um excesso de raios gama nessa área.

O halo galáctico, em comparação, é um território relativamente menos explorado na procura por sinais de aniquilação de matéria escura. Qualquer sinal ali tende a ser muito mais fraco do que no centro da galáxia, o que torna a detecção bem mais difícil logo de saída.

Em compensação, o halo não é tão repleto de fontes de raios gama quanto o centro galáctico, onde se supõe haver púlsares de milissegundo espalhados. Isso significa que um possível sinal no halo pode ser mais “limpo”.

Como os 15 anos de dados do Fermi levaram ao brilho de 20 gigaelétron-volts

Para contornar o problema do brilho muito fraco, Totani precisou de algumas soluções. A primeira foi um conjunto de dados fora do comum: 15 anos de observações coletadas pelo Large Area Telescope (LAT) do Fermi.

Como o halo é tão pouco luminoso, os raios gama são relativamente raros. Seria necessário acumular um número significativo de fótons para realizar uma análise estatística capaz de revelar um sinal excedente. Além disso, um banco de dados maior poderia elevar a razão sinal-ruído, aumentando a confiabilidade do resultado.

Totani comparou esses dados com fontes conhecidas de emissão de raios gama no halo da Via Láctea, como as bolhas de Fermi e fontes pontuais. A emissão que sobrou após contabilizar todas essas contribuições conhecidas foi reunida em um mapa.

O mapa final revelou uma grande região esférica, semelhante a um halo, com emissão fraca de raios gama e pico em 20 gigaelétron-volts - dentro da faixa prevista para aniquilação de WIMPs. Isso está longe de ser uma prova definitiva, mas é sugestivo o suficiente para justificar investigações adicionais.

"Se isso estiver correto, até onde eu sei, marcaria a primeira vez que a humanidade 'viu' a matéria escura", afirma Totani. "E acontece que a matéria escura é uma nova partícula que não está incluída no atual modelo padrão da física de partículas. Isso representa um grande avanço em astronomia e física."

Ainda assim, talvez não seja tão simples. Será necessário muito mais trabalho para confirmar o achado, incluindo análises independentes dos dados para tentar reproduzi-lo, estudos para avaliar se outros processos astrofísicos poderiam gerar o mesmo brilho e buscas por halos semelhantes em outros ambientes, como galáxias anãs.

Tudo isso deve levar tempo - provavelmente anos.

Mesmo assim, um excesso de raios gama com as energias e a forma previstas para a aniquilação de matéria escura é um passo interessante na direção de responder à pergunta sobre matéria escura, levantada pela primeira vez pelo astrônomo suíço Fritz Zwicky há quase um século.

A pesquisa foi publicada no Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.