Detectado possível sinal de matéria escura

Uma equipe astrofísicos do Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), do the Massachusetts Institute of Technology (MIT) e da Universidade de Chicago, utilizaram dados recolhidos pelo observatório espacial Fermi para mapear as emissões de raios gama provenientes da região do núcleo da Via Láctea.  A imagem à esquerda é um mapa de raios gama com energias entre 1 e 3,16 GeV detectados no centro da galáxia pelo Large Area Telescope (LAT) do Observatório Fermi; vermelho indica o maior número. Pulsares proeminentes são rotulados. A imagem à direita mostra a remoçao de todas as fontes de raios gama conhecidas revelando o excesso de emissões que podem surgir a partir da aniquilação de matéria escura.

Os novos mapas, os mais precisos obtidos até agora, mostram que essa região da galáxia emite mais radiação gama do que é possível explicar através das contribuições individuais de fontes conhecidas como por exemplo pulsares, sistemas binários de alta energia e colisões de raios cósmicos no gás interestelar. Este excesso de emissão não é de todo inesperado, podendo ser uma manifestação sutil da matéria escura que, de acordo com os mais recentes resultados do Observatório Planck, constitui cerca de 84,5% da matéria total do Universo, os restantes 15,5% constituem a matéria normal, a face visível do Universo, enquanto a energia escura mais matéria escura constitui 95,1% do conteúdo total do Universo.

Com base no modelo padrão da cosmologia, a massa e energia total do Universo conhecido contém 4,9% de matéria comum, 26,8% de matéria escura e 68,3% de energia escura. A existência da matéria escura foi estabelecida de forma robusta ao longo de décadas e sabe-se hoje que as galáxias estão envolvidas por um halo gigante constituído por matéria escura. Os seus efeitos gravitacionais são evidentes nos movimentos das estrelas nas galáxias e das galáxias dentro dos aglomerados. A matéria escura interage com a matéria normal através da força nuclear fraca (de curto alcance e responsável, por exemplo, pela radioatividade) e da força da gravidade, o que dificulta a realização de experiências com o intuito de determinar a sua natureza.

De fato, até o momento ainda não foi possível identificar os seus constituintes. De acordo com algumas teorias, a matéria escura é constituída por partículas designadas de WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles), que têm a particularidade de, em caso de colisão, se aniquilarem, produzindo raios gama potencialmente detectáveis pelo telescópio LAT. O centro da Via Láctea contém a maior concentração de massa da galáxia e por isso, devido à forte influência gravitacional, deverá conter também a maior concentração de matéria escura no halo que a envolve. Isto implica que nessa região a probabilidade de colisão entre WIMPs, caso existam, seja mais elevada. Os cientistas, baseados neste pressuposto, estudaram em pormenor a emissão proveniente dessa região e eliminaram sistematicamente as fontes de radiação gama que podiam ser identificadas.

No final, o mapa que obtiveram mostra ainda um claro excesso de radiação gama com energias entre 1 e 3,16 GeV (Giga elétron-Volt) que se estende até pelo menos 5 mil anos-luz do centro da galáxia. Nas palavras de Dan Hooper, um astrofísico do Fermilab, e um dos autores do estudo: “O sinal que identificamos não pode ser explicado pelas teorias alternativas existentes e coincide de forma precisa com as previsões de modelos muito simples para a matéria escura”. Baseado na distribuição espectral da radiação gama observada, na simetria da sua distribuição e na luminosidade total, os autores deduzem que as partículas originais de matéria escura deveriam ter uma massa entre os 31 e os 40 GeV.

Tais partículas seriam facilmente produzidas pelo LHC mas a sua detecção seria quase impossível. Este estudo não demonstra que a matéria escura é constituída por partículas com as características dos WIMPs, apenas que existe um excesso de radiação gama no centro da Via Láctea que pode ser explicado de forma convincente pela existência destas partículas. Um artigo com estes resultados foi publicado na revista Physical Review D.

Fonte: Astro News

Goddard Space Flight Center