Um dos maiores mistérios da física: estamos prestes a desvendar a matéria escura?

Imagine que você mora em uma casa com outras 19 pessoas. Você compartilha tudo com elas, mas só consegue ver mais duas. As outras 17 estão inegavelmente presentes, movendo objetos e até sujando a casa – mas não importa para onde você olhe, você nunca as encontrará.

É mais ou menos assim que se sentem os cientistas que buscam a matéria escura. Modelos matemáticos nos dão esperança quanto ao que devemos procurar, mas trata-se mais de um rastro delicado do que de uma imagem clara. Explicamos o que pode estar por trás de uma descoberta potencialmente sensacional nas regiões fronteiriças da Via Láctea, que literalmente ofusca nossa galáxia.

Quando o invisível ofusca tudo

Como podemos rastrear algo que realmente não se importa conosco, de um ponto de vista físico? Essa entidade procurada não reage a nós, nem nos vê, nem nos ouve, e no máximo nós a sentimos. Quase como um fantasma, a matéria escura apronta travessuras desde o início dos tempos, mas se quisermos compreendê-la, precisamos olhar por trás da cortina do universo. Sem o invisível, o que é necessário para o tangível e visível não pode funcionar.

Estamos nos movendo na esteira de questões realmente fundamentais, como o fim do universo como um todo – mais sobre isso neste artigo.

O trabalho dos pesquisadores visa uma interação que vem sendo especulada há muito tempo. Mesmo que a matéria escura seja praticamente invisível, ainda podem existir as chamadas "Partículas Massivas de Interação Fraca" (WIMPs).

Ainda não as conhecemos, mas, como partículas hipotéticas que podem existir matematicamente, elas seriam capazes de colidir com as partículas sinistras da matéria. De acordo com os modelos atuais, elas deveriam se aniquilar aos pares em caso de colisão, ou seja, se eliminar. A energia liberada seria mensurável como radiação gama, mas invisível.

O problema: somente em nossa Via Láctea, milhões, senão bilhões, de fontes de radiação gama estão em atividade. Portanto, na busca astronômica por essa origem, é importante separar a massa da radiação, que é irrelevante neste caso, da massa da radiação que está sendo procurada.

Os cientistas usam o Telescópio de Grande Área Fermi (Fermi-LAT) especificamente para procurar raios gama. Nesse tempo, uma quantidade considerável de dados foi coletada e identificada pelos pesquisadores. Em outras palavras, eles vasculharam os dados em busca de explosões de radiação provenientes de um acúmulo de matéria escura com WIMPs, que podem já ter sido detectadas por acaso.

Quinze anos de dados os aguardavam para se concentrarem numa região específica da Via Láctea: sua borda. Em uma faixa distante da intensa radiação do disco galáctico, eles depositaram suas esperanças.

Ali, eles vislumbraram a possibilidade de testemunhar uma interação. Para isso, excluíram gradualmente todos os emissores conhecidos, como estrelas, a fim de reduzir o número de componentes no conjunto de dados. Em última análise, o que restou precisa de explicação. Afinal, de acordo com nossos modelos anteriores, não deveria existir se tudo o que se conhecia até então tivesse sido descartado.

Impressão digital cósmica da escuridão

E voilà, fez-se luz – ou quase: descobriram um excesso ao longo de um halo. De acordo com os dados, ele envolve nossa galáxia como uma esfera. Em termos de energia, uma partícula medida aqui carrega uma quantidade enorme.

Há uma concentração extrema em um determinado valor, o que é significativo – mesmo que pareça pouco para leigos. Pense nisso como uma distribuição: as partículas mais fracas medidas continham 2 GeV, as mais fortes 200 GeV, mas um número considerável estava exatamente em 20 GeV.

Essa é a distribuição que esperaríamos de acordo com os modelos de extinção discutidos anteriormente com WIMPs. Fenômenos astrofísicos que conhecemos, como raios cósmicos, pulsares ou supernovas, têm uma divisão completamente diferente: muitas partículas no segmento inferior e, quanto mais subimos na escala, menos partículas encontramos.

Portanto, não temos provas concretas, mas sim uma pista clara que podemos interpretar como uma espécie de impressão digital cósmica da matéria escura em nosso mundo — como uma estrutura borrada, porém decifrável, em um vidro leitoso.

Se o resultado estiver correto, será a primeira vez que a humanidade observa matéria escura.

Professor Tomonori Totani, astrônomo da Universidade de Tóquio e autor do estudo

Até o final de 2025, o universo ainda não nos trouxe provas. No entanto, podemos afirmar com certo otimismo que estudos como este são uma tentativa bem fundamentada de ancorar a teoria na realidade.

Avanço graças a instrumentos melhores

Como acontece frequentemente em astronomia, instrumentos maiores, mais precisos, mais sensíveis e mais potentes nos afastam do conhecimento. Repetidamente, graças à tecnologia, conseguimos superar o abismo da escuridão e do nada absoluto que se abria até pouco tempo atrás. O Observatório de Telescópios Cherenkov (CTAO) pode vir a desempenhar esse papel.

Assim que a usina, atualmente em construção, entrar em operação nos próximos anos, há uma boa chance de que isso seja bem-sucedido. Talvez então surja um forte indício de algo incomum na evidência da matéria escura, tão almejada há décadas.