A matéria escura tem sido um dos maiores mistérios da astronomia. Não pode ser visto ou tocado, mas a sua influência gravitacional ajuda a moldar as galáxias e a estrutura em grande escala do universo. Durante décadas, os cientistas confiaram no modelo da “matéria escura fria” para explicar como as galáxias se formam e evoluem. Mas à medida que os telescópios e as observações se tornaram mais precisos, os investigadores descobriram várias características intrigantes que o modelo padrão não conseguia explicar.
Entre os maiores mistérios estão a concentração surpreendentemente baixa de matéria escura encontrada nos centros de algumas galáxias anãs e os aglomerados inesperadamente densos de matéria escura produzidos por fortes lentes gravitacionais. Embora estas observações pareçam apontar em direcções opostas, um novo estudo sugere que podem ter a mesma explicação subjacente.
Uma nova teoria da matéria escura
Físicos do Observatório da Montanha Púrpura da Academia Chinesa de Ciências (CAS) acreditam que a matéria escura pode consistir em mais de um tipo de partícula. Em vez disso, pode consistir em partículas com massas diferentes.
Seu novo modelo de “matéria escura autointeragente de dois componentes” envolve pelo menos dois tipos de partículas de matéria escura, uma mais pesada e outra mais leve. Além de interagirem por meio da gravidade, essas partículas também podem colidir diretamente umas com as outras. Essas interações levam a um processo denominado “segregação em massa”.
Simplificando, as partículas mais pesadas de matéria escura derivam gradualmente em direção aos centros das galáxias, enquanto as partículas mais leves se espalham para fora ao longo do tempo. Os investigadores comparam este comportamento com aglomerados estelares, onde as estrelas mais massivas migram lentamente para dentro e as estrelas menos massivas se afastam do centro.
As simulações são consistentes com observações espaciais
Usando simulações computacionais de alta resolução combinadas com simulações teóricas detalhadas, a equipe descobriu que a segregação de massa reproduz naturalmente uma ampla gama de observações astronômicas.
Nas galáxias anãs, este processo cria núcleos de matéria escura com uma densidade central relativamente baixa, consistente com observações recentes de aglomerados de galáxias. Em ambientes maiores e mais complexos, alguns halos de matéria escura tornam-se cada vez mais compactos, criando estruturas densas capazes de gerar fortes lentes gravitacionais.
O modelo também levanta a possibilidade de eventos de lentes gravitacionais em pequena escala. À medida que partículas mais pesadas de matéria escura se acumulam em regiões-chave, as subestruturas de matéria escura tornam-se mais eficientes na amplificação da luz de galáxias distantes de fundo. Isto pode ajudar a explicar porque é que os astrónomos estão a observar mais eventos de lentes fortes em pequena escala do que os modelos tradicionais prevêem.
Uma imagem mais rica do universo invisível
Os investigadores dizem que estes enigmas cosmológicos aparentemente contraditórios podem, na verdade, levar à mesma conclusão. Em vez de exigirem explicações separadas, todas elas podem reflectir o facto de que a matéria escura tem propriedades intrínsecas mais complexas do que se pensava anteriormente.
À medida que futuras pesquisas do céu e observações por lentes gravitacionais se tornarem ainda mais precisas, os cientistas terão novas oportunidades para testar se a matéria escura é de facto composta por múltiplos componentes. Estas “lupas cósmicas” naturais podem fornecer algumas das evidências mais fortes desta nova imagem do universo invisível.
Os resultados são o segundo estudo da equipe do Observatório da Montanha Roxa a estudar a matéria escura interagindo com dois componentes. Seus primeiros trabalhos publicados em Exame físico Dinvestigou como a segregação de massa afeta a ampla gama de densidades do núcleo de matéria escura observadas em galáxias anãs. O novo estudo foi publicado em Boletim científico. Os autores do estudo são Danen Yang, Yi-Zhong Fan, Siyuan Hou e Yue-Ling Smin Tsai.
O Observatório da Montanha Púrpura, parte da Academia Chinesa de Ciências, é um dos principais centros de investigação da matéria escura da China. O instituto desempenha um papel importante na detecção indireta de matéria escura através do satélite DAMPE (Wukong) e conduz pesquisas influentes em astrofísica, cosmologia, matéria escura e evolução de galáxias.
