Às vezes, não ver algo pode ser tão importante quanto descobri-lo. Esta ideia está no cerne de um novo estudo publicado em Jornal de Cosmologia e Astrofísica de Partículas (JCAP). O estudo sugere que os cientistas podem não precisar de encontrar os mesmos sinais em todo o Universo para compreender a matéria escura.
A pesquisa se concentra em uma observação misteriosa. Os astrônomos descobriram um excesso de radiação gama no centro da Via Láctea, que pode ocorrer quando partículas de matéria escura colidem e se aniquilam. No entanto, sinais semelhantes não foram encontrados em outros lugares, como em galáxias anãs. De acordo com o novo trabalho, esta ausência não exclui necessariamente a matéria escura como fonte.
Em vez disso, a própria matéria escura pode ser mais complexa do que se pensava anteriormente. Em vez de partículas de um tipo, elas podem ser constituídas por múltiplos componentes que se comportam de maneira diferente dependendo do ambiente.
Excesso de radiação gama da Via Láctea
Acredita-se que a matéria escura constitui uma grande parte do universo, mas nunca foi observada diretamente. Os cientistas inferem a sua existência pela forma como a sua gravidade afecta a matéria visível. Apesar de décadas de investigação, a sua verdadeira natureza permanece desconhecida.
Muitas teorias importantes descrevem a matéria escura como composta de partículas. Em alguns modelos, quando duas dessas partículas se encontram, elas se aniquilam e produzem radiação de alta energia, como os raios gama. A detecção dessa radiação é uma das principais estratégias que os cientistas usam para procurar matéria escura.
“Neste momento, parece haver um excesso de fotões provenientes da região aproximadamente esférica que rodeia o disco da Via Láctea,” explica Gordon Krnjaich, físico teórico do Fermilab nos EUA e um dos autores do estudo. Observações feitas pelo Telescópio de Raios Gama Fermi revelaram este brilho incomum, que pode ser devido à matéria escura. No entanto, outras explicações são possíveis, incluindo os raios gama produzidos por fontes astrofísicas como os pulsares.
Para compreender melhor a origem deste sinal, os cientistas olharam para além da nossa galáxia. “Se algumas teorias sobre a matéria escura estiverem corretas, deveríamos vê-la em todas as galáxias, por exemplo, em todas as galáxias anãs”, explica Krnjaich.
Por que as galáxias anãs são importantes
As galáxias anãs são sistemas pequenos e fracos que contêm grandes quantidades de matéria escura. Por terem relativamente poucas estrelas e menos radiação de fundo, fornecem configurações mais limpas para a busca de sinais de matéria escura.
Modelos padrão de matéria escura baseados em partículas geralmente descrevem duas possibilidades principais de como ocorre a aniquilação. No cenário mais simples, a probabilidade de aniquilação é constante e independente da velocidade com que as partículas se movem. Se for verdade, o sinal visto na Via Láctea também deverá aparecer em outros sistemas ricos em matéria escura, incluindo galáxias anãs.
Num outro cenário, a taxa de aniquilação depende da velocidade das partículas. Como as partículas de matéria escura se movem lentamente dentro das galáxias, este tipo de interação tornaria a aniquilação extremamente rara, deixando pouco ou nenhum sinal detectável.
De acordo com esta estrutura convencional, a ausência de emissão de raios gama das galáxias anãs torna mais difícil interpretar o excesso de emissão de raios gama na Via Láctea como evidência da presença de matéria escura.
Um modelo de dois componentes da matéria escura
Krnjaich e seus colaboradores oferecem outra explicação que pode resolver esta tensão. O seu modelo sugere que a matéria escura pode consistir em dois tipos diferentes de partículas, em vez de apenas uma.
“O que estamos a tentar mostrar neste artigo é que podemos ter diferentes tipos de dependência do ambiente, mesmo que a probabilidade de extinção seja constante no centro galáctico,” explica Krnjaich. “A matéria escura pode ser apenas duas partículas diferentes, e essas duas partículas diferentes têm de se encontrar para se aniquilarem.”
Nesta imagem, a probabilidade de aniquilação depende não apenas da frequência com que as partículas interagem, mas também do equilíbrio entre os dois tipos de matéria escura num determinado sistema. Este equilíbrio pode variar de uma galáxia para outra. Numa galáxia como a Via Láctea, os dois tipos de partículas podem existir em quantidades iguais, tornando as interações mais prováveis. Nas galáxias anãs, um tipo pode dominar, reduzindo a probabilidade de colisões e limitando qualquer sinal detectável.
“Então você acaba com previsões de emissões muito diferentes”, explica Krniajc.
O que observações futuras podem mostrar
Este modelo de dois componentes oferece uma forma mais flexível de interpretar as observações atuais. Isto permite aos cientistas explicar porque é que a Via Láctea exibe um sinal de raios gama enquanto as galáxias anãs não o fazem, sem descartar a possibilidade de a matéria escura ser a responsável.
Observações futuras serão cruciais para testar esta ideia. O Telescópio de Raios Gama Fermi pode fornecer dados mais detalhados sobre galáxias anãs, nas quais as medições ainda são limitadas. A detecção de raios gama nestes sistemas pode indicar uma mistura semelhante de componentes de matéria escura. Por outro lado, a não detecção persistente pode indicar que um dos componentes é menos comum nestes ambientes.
Apesar disso, a interpretação não é simples. Outros factores astrofísicos podem afectar o que é observado, o que significa que os cientistas terão de comparar este modelo com uma vasta gama de dados.
O artigo “dSph-obic dark mater” de Asher Berlin, Joshua Foster, Dan Hooper e Gordon Krnjaich está agora disponível em JCAP.
