O universo esconde os seus segredos de maneiras estranhas. Às vezes, aquilo que os cientistas não observam pesa mais do que aquilo que conseguem ver.
Um estudo recente levanta uma hipótese ousada: a matéria escura talvez não seja composta por um único tipo de partícula. Em vez disso, ela poderia surgir de duas espécies que atuam em conjunto.
Essa proposta pode ajudar a entender por que um sinal enigmático aparece na Via Láctea, mas não se repete em galáxias menores.
Com isso, a pesquisa vem mudando a forma como os cientistas interpretam o comportamento da matéria escura em diferentes ambientes do universo.
O mistério da matéria escura
A matéria escura representa uma grande parcela do universo, mas ainda não foi observada diretamente. O que se conhece sobre ela vem dos seus efeitos gravitacionais.
As galáxias se movimentam de um jeito que a matéria visível não consegue justificar, indicando que algo invisível adiciona massa extra ao sistema.
Muitas teorias sugerem que a matéria escura seja feita de partículas minúsculas. Quando essas partículas colidem, elas podem se aniquilar e liberar energia na forma de raios gama. Telescópios como o Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi procuram esse tipo de assinatura.
Por essa lógica, os cientistas esperavam encontrar sinais parecidos em várias galáxias. Só que as observações apontam para um cenário diferente.
O brilho estranho da Via Láctea
Astrónomos identificaram um sinal intenso de raios gama perto do centro da Via Láctea. Ele aparece como um brilho arredondado e forte. Para alguns pesquisadores, a origem pode estar na matéria escura.
“Right now there seems to be an excess of photons coming from an approximately spherical region surrounding the disk of the Milky Way,” explicou Gordan Krnjaic, do Fermi National Accelerator Laboratory.
Esse sinal é compatível com o que se esperaria de partículas de matéria escura com uma massa específica. Ainda assim, há outra possibilidade: uma grande população de objetos chamados pulsares também conseguiria produzir uma radiação semelhante.
A situação fica ainda mais intrigante quando se olha para além da nossa galáxia.
Por que as galáxias anãs confundem os cientistas
Galáxias anãs são pequenas e pouco brilhantes, mas contêm grandes quantidades de matéria escura. Se a matéria escura se comportasse da mesma forma em todos os lugares, essas galáxias deveriam exibir sinais de raios gama semelhantes.
“If certain theories of dark matter are true, we should see it in every galaxy, for example in every dwarf galaxy,” disse Krnjaic.
No entanto, esse sinal não aparece nas galáxias anãs. Essa ausência vira um grande obstáculo: em modelos simples, as interações da matéria escura deveriam gerar sinais tanto em galáxias grandes quanto em galáxias pequenas.
A discrepância sugere que a matéria escura pode ser mais complexa do que se pensava.
Limites das ideias mais antigas
Modelos tradicionais partem do pressuposto de que a matéria escura é formada por um único tipo de partícula. Nessas abordagens, as partículas interagem de maneiras previsíveis. Em alguns modelos, a taxa de interação permanece constante; em outros, ela depende da velocidade com que as partículas se movem.
Nenhuma dessas hipóteses dá conta, por completo, do que é observado: a Via Láctea exibe um sinal forte, enquanto as galáxias anãs não mostram nada.
Os cientistas esperavam que galáxias anãs produzissem sinais muito mais fracos do que os da Via Láctea, mas ainda assim detectáveis com instrumentos melhores.
Como esses sinais não são encontrados, parece haver algo em falta nas teorias atuais.
Duas formas de matéria escura
Os pesquisadores propõem que a matéria escura possa ser composta por dois tipos de partículas, e não apenas um. Nessa ideia, é o encontro entre esses dois tipos que permitiria a produção de raios gama.
“What we’re trying to point out in this paper is that you could have a different kind of environmental dependence, even if the annihilation probability is constant in the center of the galaxy,” explica Krnjaic.
“Dark matter could straightforwardly be two different particles, and the two different particles need to find each other in order to annihilate.”
O estudo descreve que essas partículas podem existir em dois estados: um mais leve e outro um pouco mais pesado, num estado excitado. O estado mais pesado só se forma em condições específicas.
Como a energia muda tudo
A diferença central entre as galáxias, nesse cenário, está na energia disponível. Em galáxias grandes como a Via Láctea, as partículas de matéria escura tendem a se mover mais depressa. Já em galáxias anãs, essas partículas se deslocam de forma muito mais lenta.
De acordo com o estudo, as partículas precisam de energia suficiente para transitar para o estado mais pesado antes de conseguirem interagir. Na Via Láctea, elas têm energia para essa mudança; nas galáxias anãs, não.
Isso explicaria por que os sinais surgem em um ambiente e desaparecem em outro.
“In this way, you get very different predictions for the emission,” afirmou Krnjaic. A proposta oferece uma solução simples para um quebra-cabeça antigo sem descartar a matéria escura como fonte.
Uma população de matéria escura em transformação
O trabalho também descreve como a matéria escura pode mudar com o tempo. No universo primordial, os dois tipos de partículas existiam. Mais tarde, as partículas mais pesadas ficaram raras porque se converteram nas mais leves.
Em galáxias grandes, colisões podem criar novamente as partículas mais pesadas. Esse mecanismo permite que os sinais voltem a aparecer. Em galáxias anãs, essa recriação não ocorre porque falta energia suficiente às partículas.
Com isso, cada galáxia pode acabar com uma mistura diferente de partículas de matéria escura.
O que observações futuras podem revelar
Os cientistas vão testar essa hipótese com dados melhores. O Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi continua a observar galáxias, e futuras missões e novos telescópios podem trazer respostas mais claras.
Se, mais adiante, raios gama forem detectados em galáxias anãs, isso pode indicar que os dois tipos de partículas também existem nelas. Se os sinais continuarem ausentes, pode reforçar a ideia de que a matéria escura se comporta de modo diferente conforme o ambiente.
O novo modelo sugere que as pistas da matéria escura podem estar distribuídas de forma desigual pelo espaço. Ao estudar tanto o que aparece quanto o que falta, os cientistas se aproximam de resolver um dos maiores mistérios da ciência.
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