Maior mistério da ciência atual é a matéria escura, e um cientista japonês acredita tê-la detectado

Desde que Fritz Zwicky sugeriu a existência da matéria escura em 1933, ela tem sido um dos grandes enigmas da física moderna, gerando muitos debates sobre a sua existência. O pouco que sabemos sugere que essa matéria existe porque vemos sua gravidade comprimindo as galáxias, mas nunca fomos capazes de vê-la ou tocá-la, por ser invisível. Ou pelo menos, era o que pensávamos até agora.

Para "ver" essa matéria, seria preciso ser um verdadeiro super-herói, já que ela não emite, absorve ou reflete luz. Isso a torna completamente invisível para telescópios do mundo todo. Mas ela não é apenas uma pequena parte do que nos rodeia; compõe 85% da matéria total do universo.

Agora há esperança de obter mais informações sobre esse grande mistério da física graças a um estudo do Professor Tomonori Totani, da Universidade de Tóquio, que afirma ter encontrado a primeira evidência direta dessa substância elusiva.

Ele não viu diretamente com os próprios olhos, mas detectou sua "fumaça": um sinal de raios gama muito específico emanando do halo da nossa própria galáxia, a Via Láctea, que coincide de forma assustadora com as previsões teóricas sobre o comportamento da matéria escura.

Vasta quantidade de dados

Para entender a descoberta, é preciso observar o céu com olhos de raios gama. Totani utilizou um total de 15 anos de dados acumulados pelo Telescópio Espacial Fermi de Raios Gama (FGT) da NASA. Mas o fator crucial foi, sem dúvida, saber onde procurar: no halo galáctico. Ou seja, na periferia "tranquila" da Via Láctea, excluindo o disco galáctico para evitar interferências.

O que ele encontrou ao eliminar o ruído de fundo foi surpreendente: um excesso de raios gama com um pico de energia muito específico, localizado em 20 bilhões de elétron-volts (20 GeV).

Até aqui, tudo bem, mas... por que isso é importante? Basicamente, porque não se encaixa no que esperaríamos de fontes astrofísicas normais, como pulsares ou remanescentes de supernovas. No entanto, encaixa-se perfeitamente na teoria WIMP.

Essa teoria sugere essencialmente que a matéria escura é composta de WIMPs (Partículas Massivas de Interação Fraca). De acordo com os modelos físicos, quando duas dessas partículas colidem, elas se aniquilam, liberando uma cascata de energia na forma de raios gama, que é o que estamos detectando atualmente no universo.

Conclusão: O sinal detectado é consistente com partículas WIMP, que têm uma massa 500 vezes maior que a de um próton. Essa seria, portanto, a assinatura que fornece a maior parte das informações sobre a matéria escura, embora não pare por aí.

O formato não é um ponto no mapa, mas um halo esférico e suave ao redor da galáxia, assim como a matéria escura é distribuída em simulações cosmológicas. O mesmo se aplica à sua consistência, já que o sinal persiste mesmo quando diferentes modelos de fundo são usados ​​e outras fontes conhecidas de ruído no universo são removidas.

Precedentes

No passado, um excesso de raios gama já foi detectado no Centro Galáctico (conhecido como GCE), mas a comunidade científica tendia a acreditar que esse sinal provinha de pulsares de milissegundos não detectados, e não de matéria escura.

A chave do estudo de Totani é que ele olhou onde ninguém mais estava olhando com tanto detalhe. Ao se afastar do centro e analisar o halo difuso, ele encontrou um sinal muito mais nítido que deixa poucas dúvidas sobre sua origem.

O próprio estudo admite que a seção de choque calculada (a probabilidade de interação) é maior do que os limites superiores estabelecidos por observações de galáxias anãs, que são frequentemente usadas como referência para a matéria escura.

Isso significa duas coisas: ou nossos modelos da densidade da matéria escura na Via Láctea estão incorretos (o que é possível, já que há muita incerteza no perfil do halo), ou estamos diante de um novo e desconhecido fenômeno astrofísico que imita a matéria escura.

Se essa descoberta for confirmada, será uma das maiores da física do século XXI. Confirmaria que a matéria escura é composta de partículas detectáveis ​​(e não de buracos negros primordiais) e abriria uma nova porta para a física ir além do Modelo Padrão.

Como dissemos, isso ainda precisa ser verificado por um segundo laboratório, como o Observatório de Telescópios Cherenkov (CTAO), que pode ter a capacidade de detectar essas linhas espectrais de raios gama.

Imagem | A. Schaller (STScI)