Os astrónomos passaram quase um século à procura de matéria escura, a estrutura invisível que se pensa manter as galáxias unidas. Embora existam abundantes evidências indiretas que sugerem a existência dessa substância misteriosa, ninguém foi capaz de detectá-la diretamente. Agora, um novo estudo pode finalmente sinalizar um avanço.
Usando dados do Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi da NASA, o astrônomo e professor da Universidade de Tóquio, Tomonori Totani, afirma ter identificado emissões de raios gama que parecem ter se originado da matéria escura. Suas descobertas, publicadas terça-feira no Jornal de Cosmologia e Física de Astropartículassugerem que esta radiação foi emitida pela colisão de WIMPs (partículas massivas de interação fraca).
“Há muito tempo se prevê que os WIMPs, um dos principais candidatos à matéria escura, aniquilam e emitem raios gama, o que levou a numerosos esforços de busca”, disse Totani ao Gizmodo por e-mail. “Desta vez, usando os dados mais recentes do satélite Fermi acumulados ao longo de 15 anos e um novo método centrado na região do halo (excluindo o centro galáctico), descobri emissões de raios gama que se acredita serem originárias da matéria escura.”
É uma descoberta intrigante, mas os especialistas com quem falámos não estão convencidos, alertando que o sinal pode ser um caso de ruído cósmico confundido com matéria escura ou ainda outro falso positivo frustrante.
O próprio Totani enfatiza que é muito cedo para dizer com certeza que estes raios gama se originaram da matéria escura, mas as suas características sugerem que sim. Com base em suas descobertas, eles não se parecem com aqueles originados de fontes astronômicas convencionais. “No mínimo, representa a candidata à radiação da matéria escura mais promissora conhecida até hoje”, disse ele.
Encontrando uma agulha em um palheiro cosmológico
Os astrônomos acreditam que a matéria escura existe porque nenhuma matéria observável no universo conhecido pode explicar certos efeitos gravitacionais, como a rotação inesperadamente rápida das galáxias ou o fato de que elas estão unidas com mais força do que deveriam.
A matéria escura é a resposta teórica a este enigma cosmológico, mas se existir, as suas partículas claramente não absorvem, refletem ou emitem luz. Se o fizessem, os astrónomos já teriam detectado esta substância abundante há muito tempo.
Os WIMPs se enquadram amplamente nessa descrição. Os astrónomos acreditam que os WIMP interagem através da gravidade, mas as suas interacções com forças electromagnéticas e nucleares são demasiado fracas para serem detectadas. Quando eles colidem entre si, entretanto, deveriam teoricamente aniquilar e emitir raios gama.
Os investigadores têm procurado estas emissões de raios gama há anos, visando regiões da Via Láctea onde a matéria escura parece estar concentrada, como o centro galáctico. Essas pesquisas não deram em nada, então Totani decidiu procurar em outro lugar, especificamente na região do halo da galáxia.
Esta região extensa e aproximadamente esférica que rodeia o disco galáctico da Via Láctea contém estrelas, gás e, presumivelmente, uma grande quantidade de matéria escura. Ao analisar as observações do halo pelo satélite Fermi, Totani identificou emissões de raios gama de alta energia que se alinham com a forma esperada do halo de matéria escura.
A gama de intensidades de emissão de raios gama que ele observou corresponde ao que os astrónomos esperariam ver da aniquilação do WIMP. Totani também estimou a frequência de aniquilação do WIMP a partir da intensidade medida dos raios gama, e isso também caiu dentro da faixa de previsões teóricas. Isso levanta a possibilidade de ele ter detectado um sinal produzido por WIMPs de matéria escura.
Caso encerrado? Ainda não
As descobertas são encorajadoras, mas Totani e outros especialistas alertam que estes raios gama não são uma arma fumegante.
“O problema é que há muitas maneiras de produzir raios gama, desde pulsares até inspiração de matéria, buracos negros e supernovas”, disse um físico do Fermilab ao Gizmodo. “Caramba, recebemos raios gama do Sol.”
Funcionários do Fermilab pediram ao Gizmodo que se abstivesse de nomear o cientista que forneceu essas citações.
O que distingue os raios gama que Totani detectou da maioria dos outros é o quão energéticos eles são, com uma energia de fótons de 20 gigaelétron-volts. Isso é “muito robusto”, mas não totalmente inédito, explicou o físico do Fermilab. “Existem coisas altamente energéticas no espaço, e essas coisas altamente energéticas podem produzir raios gama de alta energia.”
Embora as emissões gama detectadas por Totani pareçam se enquadrar na descrição daquelas que seriam produzidas pela aniquilação do WIMP, há outras explicações possíveis que devem ser descartadas primeiro, de acordo com o físico do Fermilab. Isso poderia incluir fenômenos de alta energia, como colisões de estrelas de nêutrons ou vento solar emanado de pulsares, explicaram.
Estudos adicionais também serão necessários para validar as observações e cálculos de Totani. “A prova decisiva será a detecção de raios gama de outras regiões do céu com os mesmos parâmetros de matéria escura”, disse Totani. “Espero que estes resultados sejam verificados por análises independentes conduzidas por outros investigadores.”
Com isso dito, Dan Hooper, professor de física da Universidade de Wisconsin-Madison e diretor do Centro de Astrofísica de Partículas IceCube de Wisconsin, ressalta que muitos outros cientistas já analisaram os dados do satélite Fermi que Totani usou, e nenhum detectou o excesso de emissões de raios gama que ele detectou.
“Agora, algumas escolhas diferentes foram feitas e estou feliz que as pessoas estejam tentando coisas diferentes, mas isso não me deixa muito confiante de que este seja um sinal autêntico de matéria escura”, disse Hooper ao Gizmodo.
Por um lado, Totani não procurou raios gama em qualquer lugar dentro de 10 graus do centro galáctico. Embora esta abordagem possa trazer alguns benefícios, evitar o centro galáctico pode ter influenciado as descobertas, já que esta região da nossa galáxia é de onde os físicos esperam que venha uma grande parte do sinal da matéria escura, explicou Hooper.
Ele também suspeita que as emissões de raios gama de alta energia que Totani detectou podem na verdade ser um artefato da análise. Isto pode resultar da utilização de um modelo de fundo que absorve demasiada emissão a baixas energias, criando a ilusão de um excesso de alta energia.
O resultado final é que “a matéria escura é muito difícil de encontrar, é muito difícil de caracterizar”, disse o físico do Fermilab. “Ninguém deveria acreditar nisso sem várias linhas de evidência mutuamente validadas, e esta é apenas uma.”
Assim, a busca pela matéria escura continua. Resta saber se estudos futuros confirmam ou minam as descobertas de Totani, mas de qualquer forma, eles ajudarão os investigadores a refinar a nossa compreensão da matéria invisível que molda o nosso universo.
