Às vezes, não ver algo é tão importante quanto descobri-lo. Essa ideia está no cerne de um novo estudo publicado na revista Science. Jornal de Cosmologia e Física de Partículas Astronômicas (JCAP). Os cientistas podem não precisar de encontrar o mesmo sinal em todo o Universo para compreender a matéria escura, sugere a investigação.
O estudo se concentra em uma observação intrigante. Os astrónomos detectaram um excesso de radiação gama no centro da Via Láctea, que pode ser produzida quando partículas de matéria escura colidem e se aniquilam. No entanto, sinais semelhantes não foram encontrados em outros lugares, como em galáxias anãs. De acordo com o novo estudo, esta ausência não exclui necessariamente a matéria escura como fonte.
Em vez disso, a própria matéria escura pode ser mais complexa do que se pensava anteriormente. Não é um tipo único de partícula, mas consiste em múltiplos componentes cujo comportamento depende do seu ambiente.
O excesso de raios gama da Via Láctea
Acredita-se que a matéria escura constitui uma grande parte do universo, mas nunca foi observada diretamente. Os cientistas inferem a sua existência com base na forma como a sua gravidade afeta a matéria visível. Apesar de décadas de investigação, a sua verdadeira natureza permanece desconhecida.
Muitas teorias importantes descrevem a matéria escura como consistindo de partículas. Em alguns modelos, quando duas dessas partículas se encontram, elas se aniquilam e produzem radiação de alta energia, como os raios gama. A detecção desta radiação é uma das principais estratégias utilizadas pelos cientistas para procurar matéria escura.
Gordan Krnjaic, físico teórico do Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) e um dos autores do estudo, explica: “Parece haver um excesso de fótons vindos de uma região aproximadamente esférica ao redor do disco da Via Láctea”. Observações com o Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi revelaram este brilho incomum, que pode estar relacionado à matéria escura. Ainda assim, outras explicações são possíveis, incluindo os raios gama produzidos por fontes astrofísicas como os pulsares.
Para compreender melhor a origem do sinal, os cientistas olharam para além da Via Láctea. “Se certas teorias da matéria escura estiverem corretas, deveríamos vê-la em todas as galáxias, por exemplo, em todas as galáxias anãs”, explica Kernjudge.
Por que as galáxias anãs são importantes
As galáxias anãs são sistemas minúsculos e fracos que contêm grandes quantidades de matéria escura. Por terem relativamente poucas estrelas e menos radiação de fundo, proporcionam um ambiente mais limpo para a busca de sinais de matéria escura.
Os modelos padrão de matéria escura baseados em partículas normalmente descrevem duas possibilidades principais para a ocorrência de aniquilação. No caso mais simples, a probabilidade de aniquilação é constante e não depende da rapidez com que a partícula se move. Se isto for verdade, então o sinal visto na Via Láctea também deverá aparecer em outros sistemas ricos em matéria escura, incluindo galáxias anãs.
No outro caso, a taxa de aniquilação depende da velocidade da partícula. Como as partículas de matéria escura se movem lentamente dentro das galáxias, este tipo de interação tornaria as aniquilações extremamente raras, deixando pouco ou nenhum sinal detectável em qualquer lugar.
Dentro destas estruturas convencionais, a falta de emissão de raios gama das galáxias anãs torna mais difícil interpretar o excesso de raios gama da Via Láctea como evidência de matéria escura.
Modelo Binário de Matéria Escura
Krnjaic e seus colaboradores propõem uma explicação diferente para resolver esta tensão. O seu modelo sugere que a matéria escura pode ser composta por dois tipos diferentes de partículas, em vez de uma.
“O que tentamos salientar neste artigo é que mesmo que a probabilidade de aniquilação no centro de uma galáxia seja constante, podemos ter diferentes tipos de dependência ambiental”, explica Kernjudge. “A matéria escura pode ser simplesmente duas partículas diferentes, e estas duas partículas diferentes precisam de se encontrar para se aniquilarem.”
Neste quadro, a probabilidade de aniquilação depende não apenas da frequência com que as partículas interagem, mas também do equilíbrio entre as duas espécies de matéria escura num determinado sistema. Este equilíbrio pode variar de galáxia para galáxia. Numa galáxia como a Via Láctea, estes dois tipos de partículas podem estar presentes em quantidades semelhantes, tornando as interações mais prováveis. Nas galáxias anãs, um tipo pode dominar, reduzindo a chance de colisões e limitando qualquer sinal detectável.
“Desta forma, é possível obter projeções de emissões muito diferentes”, explica Krnjaic.
O que observações futuras poderiam revelar
Este modelo de duas partes fornece uma forma mais flexível de explicar as observações atuais. Isto permite aos cientistas explicar porque é que a Via Láctea mostra um sinal de raios gama, mas as galáxias anãs não, sem excluir a possibilidade de matéria escura.
Observações futuras serão críticas para testar esta ideia. O telescópio de raios gama Fermi pode fornecer dados mais detalhados sobre galáxias anãs, mas as medições de galáxias anãs ainda são limitadas. A detecção de raios gama nestes sistemas pode indicar uma mistura semelhante de componentes de matéria escura. Por outro lado, não detecções persistentes podem indicar que um componente é menos comum nestes ambientes.
Mesmo assim, a explicação não é simples. Outros factores astrofísicos podem influenciar as observações, o que significa que os cientistas precisam de comparar modelos com uma vasta gama de dados.
O artigo “dSph-obic Dark Matter” de Asher Berlin, Joshua Foster, Dan Hooper e Gordan Krnjaic já está disponível JCAP.
