ASTROFÍSICO EXAMINA "DETETOR DE MATÉRIA ESCURA" 6 de outubro de 2020
Impressão de artista de um magnetar.
Crédito: ESO/L. Calçada
Um astrofísico da Universidade do Colorado em Boulder, EUA, está a procurar, na luz que vem de um objeto celeste distante e extremamente poderoso, o que pode ser a substância mais elusiva do Universo: a matéria escura.
Em dois estudos recentes, Jeremy Darling, professor do Departamento de Ciências Astrofísicas e Planetárias, examinou atentamente PSR J1745-2900. Este corpo é um magnetar, um tipo de estrela colapsada que gera um campo magnético incrivelmente forte.
"É o melhor detetor natural de matéria escura que conhecemos," disse Darling, também do CASA (Center for Astrophysics and Space Astronomy) da Universidade do Colorado em Boulder.
Ele explicou que a matéria escura é uma espécie de cola cósmica - uma partícula ainda não identificada que constitui cerca de 27% da massa do Universo e que ajuda a unir galáxias como a nossa Via Láctea. Até ao momento, os cientistas lideraram a caça a esta matéria invisível usando equipamento de laboratório.
Darling adotou uma abordagem diferente na sua última investigação: com base em dados de telescópio, está a examinar PSR J1745-2900 para ver se consegue detetar os sinais fracos de um candidato a matéria escura - uma partícula chamada axião - transformando-se em luz. Até agora, a investigação não deu frutos. Mas os seus resultados podem ajudar os físicos que trabalham em laboratórios de todo o mundo a restringir as suas próprias caças ao axião.
Os novos estudos também são lembrança de que os investigadores ainda podem olhar para o céu para resolver algumas das questões mais difíceis da ciência, disse Darling. Ele publicou a sua primeira ronda de resultados este mês na revista The Astrophysical Journal Letters e na revista Physical Review Letters.
"Na astrofísica, encontramos todos estes problemas interessantes como a matéria escura e a energia escura, depois recuamos e deixamos os físicos resolvê-los," disse em tom jocoso. "É uma vergonha".
Darling quer mudar isto - neste caso, com uma pequena ajuda de PSR J1745-2900.
Este magnetar orbita o buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea a uma distância de menos de um ano-luz. E é uma força da natureza: PSR J1745-2900 gera um campo magnético que é cerca de mil milhões de vezes mais poderoso do que o imã mais poderoso da Terra.
"Os magnetares têm todo o campo magnético de uma estrela, mas estão reduzidos a um volume com aproximadamente 20 km de diâmetro," explicou Darling.
E é onde Darling foi "pescar" matéria escura.
Ele explicou que os cientistas ainda não localizaram um único axião, uma partícula teórica proposta pela primeira vez na década de 1970. No entanto, os físicos preveem que estes fragmentos efémeros de matéria podem ter sido criados em números monumentais durante o início do Universo - e em quantidades grandes o suficiente para explicar a massa extra do cosmos da matéria escura. De acordo com a teoria, os axiões são milhares de milhões ou até biliões de vezes mais leves do que os eletrões e raramente interagem com o seu ambiente.
Isso torna-os quase impossíveis de observar, com uma grande exceção: se um axião passa por um campo magnético forte, pode transformar-se em luz que os investigadores poderiam teoricamente detetar.
Os cientistas, incluindo uma equipa do JILA (Joint Institute for Laboratory Astrophysics), no campus da Universidade do Colorado em Boulder, usaram campos magnéticos gerados em laboratório para tentar capturar esta transição em ação. Darling e outros cientistas tiveram uma ideia diferente: porque não tentar a mesma pesquisa, mas numa escala muito maior?
"Os magnetares são os objetos mais magnéticos que conhecemos no Universo," disse. "Não há como chegar sequer perto dessa força em laboratório."
Para fazer uso deste campo magnético natural, Darling baseou-se em observações de PSR J1745-2900 obtidas pelo VLA (Karl G. Jansky Very Large Array), um observatório no estado norte-americano do Novo México. Se o magnetar estivesse, de facto, a transformar axiões em luz, essa metamorfose poderia aparecer na radiação que emerge da estrela colapsada.
O esforço é um pouco como procurar uma única agulha num palheiro muito, muito grande. Darling disse que, embora os teóricos tenham colocado limites sobre o quão massivos os axiões podem ser, estas partículas ainda podem ter uma ampla gama de massas possíveis. Cada dessas massas, por sua vez, produziria luz com um comprimento de onda específico, quase como uma impressão digital deixada pela matéria escura.
Darling ainda não localizou nenhum destes comprimentos de onda distintos na luz que vem do magnetar. Mas ele foi capaz de usar as observações para examinar a possível existência de axiões na mais ampla gama de massas até agora - nada mal para a sua primeira tentativa. Ele acrescentou que estes levantamentos podem complementar o trabalho que decorre em experiências laboratoriais.
Konrad Lehnert concordou. Ele faz parte de uma experiência liderada pela Universidade de Yale - chamada, não surpreendentemente de HAYSTAC ("palheiro" em português) - que está a procurar axiões usando campos magnéticos criados em laboratórios nos EUA.
Lehnert explicou que estudos astrofísicos como o de Darling podem atuar como uma espécie de batedor na caça aos axiões - identificando sinais interessantes na luz dos magnetares, que os investigadores laboratoriais poderiam então explorar com muito maior precisão.
"Estas experiências bem controladas seriam capazes de separar quais os sinais astrofísicos que podem ter origem na matéria escura," realçou Lehnert, membro do JILA.
Darling planeia continuar a sua própria busca, o que significa olhar ainda mais de perto o magnetar no centro da nossa Galáxia. "Precisamos de preencher estas lacunas e ir ainda mais ao fundo da questão."
Imagem do Centro Galáctico que mostra a posição do buraco negro supermassivo Sgr A* e do magnetar vizinho PSR J1745-2900.
Crédito: raios-X - NASA/CXC/FIT/E. Perlman; ilustração - CXC/M. Weiss
Algumas das 28 antenas que constituem o VLA.
Crédito: Wikimedia Commons
