INVESTIGADORES PROCURAM MATÉRIA ESCURA "PERTO DE CASA" 31 de março de 2020
O decaimento da matéria escura deveria produzir um halo brilhante e esférico de emissão de raios-X em torno do centro da Via Láctea que podia ser detetável quando olhando em regiões de outra forma vazias da Galáxia.
Crédito: Christopher Dessert, Nicholas L. Rodd, Benjamin R. Safdi, Zosia Rostomian (Laboratório Berkeley), com base em dados do LAT (Fermi Large Area Telescope)
Oitenta e cinco porcento do Universo é composto de matéria escura, mas não sabemos exatamente o que é.
Um novo estudo da Universidade de Michigan, do Laboratório Nacional Lawrence em Berkeley e da Universidade da Califórnia, Berkeley, descartou que a matéria escura seja responsável por misteriosos sinais eletromagnéticos anteriormente observados de galáxias próximas. Antes deste trabalho, havia grandes esperanças de que estes sinais dessem aos físicos evidências concretas para ajudar a identificar a matéria escura.
A matéria escura não pode ser observada diretamente porque não absorve, reflete ou emite luz, mas os investigadores sabem que existe devido ao efeito que tem sobre outra matéria. Precisamos da matéria escura para explicar as forças gravitacionais que mantêm as galáxias unidas, por exemplo.
Os físicos sugeriram que a matéria escura é um primo intimamente relacionado do neutrino, chamado neutrino estéril. Os neutrinos - partículas subatómicas que raramente interagem com a matéria - são libertados durante reações nucleares que ocorrem no interior do Sol. Têm uma massa minúscula, mas esta massa não é explicada pelo Modelo Padrão da Física de Partículas. Os físicos sugerem que o neutrino estéril, uma partícula hipotética, podia explicar esta massa e também ser matéria escura.
Os investigadores devem ser capazes de detetar o neutrino estéril porque é instável, diz Ben Safdi, coautor e professor assistente de física na Universidade de Michigan. Decai para neutrinos comuns e radiação eletromagnética. Então, para detetar a matéria escura, os físicos examinam galáxias em busca desta radiação eletromagnética na forma de emissão de raios-X.
Em 2014, um trabalho seminal descobriu um excesso de emissão de raios-X de galáxias e enxames de galáxias próximas. A emissão parecia ser consistente com a que surgiria do decaimento de neutrinos estéreis de matéria escura, disse Safdi.
Agora, uma metanálise de dados brutos obtidos pelo telescópio espacial XMM-Newton, de objetos na Via Láctea ao longo de um período de 20 anos, não encontrou evidências de que o neutrino estéril seja o que perfaz a matéria escura. A equipa de investigação inclui o estudante de doutoramento Christopher Dessert da Universidade de Michigan, Nicholas Rodd, físico do grupo teórico do Laboratório Berkeley e do Centro de Física Teórica de Berkeley. Os seus resultados foram publicados na revista Science.
"Este artigo de 2014 e os trabalhos de acompanhamento confirmaram que o sinal gerou um interesse significativo nas comunidades de astrofísica e de física de partículas devido à possibilidade de saber, pela primeira vez, exatamente o que é a matéria escura a nível microscópico," disse Safdi. "A nossa descoberta não significa que a matéria escura não seja um neutrino estéril, mas significa que - ao contrário do que foi afirmado em 2014 - não existem evidências experimentais, até à data, que apontem para a sua existência."
Os telescópios espaciais de raios-X, como o telescópio XMM-Newton, apontam para ambientes ricos em matéria escura para procurar esta fraca radiação eletromagnética na forma de sinais de raios-X. A descoberta de 2014 denominou a emissão de raios-X de "linha de 3,5 keV" - keV significa quilo-eletrão-volt - porque era aí que o sinal aparecia nos detetores de raios-X.
A equipa de investigação procurou esta linha na nossa própria Via Láctea usando 20 anos de dados de arquivo obtidos pelo telescópio espacial de raios-X XMM-Newton. Os físicos sabem que a matéria escura se acumula em torno das galáxias, de modo que quando análises anteriores examinaram galáxias vizinhas e enxames de galáxias, cada uma dessas imagens teria capturado alguma coluna do halo de matéria escura da Via Láctea.
A equipa usou essas imagens para observar a parte "mais escura" da Via Láctea. Isto melhorou significativamente a sensibilidade de análises anteriores que procuravam o neutrino estéril de matéria escura, disse Safdi.
"Para onde quer que olhemos, deve haver algum fluxo de matéria escura do halo da Via Láctea," disse Rodd, devido à localização do nosso Sistema Solar na Galáxia. "Nós explorámos o facto de que vivemos num halo de matéria escura" no estudo.
Christopher Dessert, coautor do estudo, físico e estudante de doutoramento na Universidade de Michigan, disse que os enxames galácticos onde a linha de 3,5 keV foi observada também têm grandes sinais de fundo, que servem como ruído nas observações e podem dificultar a identificação de sinais específicos que podem estar associados com a matéria escura.
"A razão pela qual estamos a olhar através do halo de matéria escura da nossa Via Láctea é que o fundo é muito menor," explicou Dessert.
Por exemplo, o XMM-Newton capturou imagens de objetos isolados, como estrelas individuais, na Via Láctea. Os investigadores obtiveram estas imagens e mascararam os objetos de interesse original, deixando ambientes pristinos e escuros onde procurar o brilho do decaimento da matéria escura. A combinação de 20 anos de tais observações permitiu sondar o neutrino estéril da matéria escura a níveis sem precedentes.
Caso os neutrinos estéreis fossem matéria escura, e caso o seu decaimento levasse a uma emissão na linha de 3,5 keV, Safdi e os seus colegas deveriam ter observado essa linha na sua análise. Mas não encontraram evidências de neutrinos estéreis de matéria escura.
"Embora este trabalho, infelizmente, atire um balde de água fria no que parecia ser a primeira evidência da natureza microscópica da matéria escura, abre uma abordagem totalmente nova para procurar matéria escura que poderá levar a uma descoberta no futuro próximo," concluiu Safdi.
