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Crescem evidências de matéria escura no núcleo da Via Láctea

Raios Gama no centro galáctico podem ter sido produzidos por matéria escura

T. Linden, University of Chicago
LEGENDA: Esse mapa do centro da Via Láctea mostra um grande excesso de raios gama (o vermelho indica a maior quantidade) que não pode ser explicado por fontes convencionais.
Por Clara Moskowitz

Até agora, nem mesmo as melhores tentativas de encontrar a matéria escura tiveram êxito. Astrônomos sabem que essa coisa invisível domina nosso universo e exerce arrasto gravitacional sobre a matéria comum, mas não sabem do que ela é feita.

Desde 2009, porém, raios de luz gama radiando do núcleo da Via Láctea – onde se acredita que a matéria escura seja especialmente densa – intrigam pesquisadores.

Alguns imaginam que esses raios podem ter sido emitidos durante explosões provocadas por partículas de matéria escura em colisão. Agora, um novo sinal de raios gama oferece mais evidências de que isso pode ser verdade, em conjunto com os que já foram detectados.

Uma possível explicação para a matéria escura é que ela seja composta pelas teóricas partículas WIMP, ou “partículas massivas de interação fraca”.

Acredita-se que cada WIMP seja tanto matéria quanto antimatéria; assim, quando duas delas se encontrassem, deveriam se aniquilar mutuamente, como acontece com a matéria e a antimatéria. Essas explosões criariam luzes de raios gama, vistas em grande quantidade no centro de nossa galáxia em dados do Telescópio Espacial Fermi de Raios Gama. As explosões também poderiam criar partículas de raios cósmicos – elétrons e pósitrons de alta energia (pósitrons são as contrapartes de antimatéria dos elétrons) que por sua vez sairiam do coração da via láctea em alta velocidade e às vezes colidiriam com partículas de luz estelar, o que lhes daria energia extra e as colocaria na faixa dos raios gama.

Pela primeira vez, cientistas detectaram luzes que se adequam às previsões para esse segundo processo, chamado de espalhamento Compton inverso, que deveria produzir raios gama mais distantes pelo espaço e entrar em um grupo diferente de energias do que os que foram liberados diretamente pela aniquilação da matéria escura.

“Esse trabalho deixa bem claro que um componente Compton inverso adicional de raios gama está presente”, declara Dan Hooper, astrofísico do Laboratório do Acelerador Nacional Fermi, que não se envolveu no estudo, mas que foi o primeiro a apontar que um sinal de matéria escura poderia estar presente nos dados do telescópio Fermi. “Um componente desses viria da mesma matéria escura que produz o sinal primário de raios gama de que falamos todos esses anos”.

Cientistas da University of California, Irvine, Anna Kwa e Kevork Abazajian apresentaram o novo estudo em 23 de outubro no Quinto Simpósio Internacional Fermi em Nagoya, no Japão, e enviaram o artigo para o periódico Physical Review Letters.

Mas nenhuma dessas intrigantes luzes de raios gama significa que encontramos matéria escura. Outros processos astrofísicos, como estrelas giratórias chamadas de pulsares, podem criar esses dois tipos de sinal. “Você pode fazer modelos que replicam tudo isso com astrofísica”, explica Abazajian. “Mas o caso da matéria escura é o mais fácil, e as evidências continuam aumentando”.

Há muito tempo a equipe oficial do telescópio Fermi evita tirar conclusões sobre a matéria escura com base em seus dados. Mas no simpósio da semana passada, o grupo apresentou sua própria análise da misteriosa luz de raios gama e concluiu que, apesar de múltiplas hipóteses se adequarem aos dados, a matéria escura se encaixa melhor. “Essa é uma notícia incrível porque é a primeira vez que eles reconhecem os dados”, aponta Abazajian. Simona Murgia, astrofísica da University of California, Irvine, e membro da equipe que analisou o centro galáctico, apresentou as descobertas do grupo.

Ela declara que a complexidade do centro galáctico torna difícil saber com certeza como o excesso de raios gama surgiu, e se a luz poderia vir de fontes mundanas “de fundo”. “Essa é uma alegação muito interessante”, comenta ela a respeito da análise de Abazajian. “No entanto, a detecção de excessos estendidos nessa região do céu é complicada por nossa compreensão incompleta do fundo”.

A interpretação da matéria escura seria mais provável se astrônomos conseguissem encontrar evidências semelhantes da aniquilação de WIMPs em outras galáxias, como as cerca de 24 galáxias-anãs que orbitam a Via Láctea. “Alegações extraordinárias exigem evidências extraordinárias, e eu acho que uma alegação convincente de descoberta provavelmente exigiria um sinal correspondente em outra localização – ou em um experimento não-astrofísico – além do centro galáctico”, observa a astrofísica do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, Tracy Slatyer, que também já estudou os dados do Fermi sobre o centro da Via Láctea.

Experimentos não-astrofísicos incluem alguns dos chamados “experimentos de detecção direta na Terra”, que pretendem capturar WIMPS nas ocasiões extremamente raras em que elas atingem átomos de matéria comum. Até agora, porém, nenhum desses experimentos encontrou qualquer evidência de matéria escura. Em vez disso, eles reduziram gradualmente o número de tipos possíveis de WIMPS que poderiam existir.  

Outros experimentos orbitais, como o Espectrômetro Alfa Magnético (AMS) na Estação Espacial Internacional, que detecta raios cósmicos, também não conseguiram encontrar provas convincentes de matéria escura.

De fato, os resultados do AMS parecem conflitar com as explicações mais básicas que conectam a matéria escura às observações do Fermi. “A maioria das pessoas concordaria que existe algo bastante inesperado acontecendo no centro galáctico, e seria muito empolgante se isso fosse um sinal de aniquilação de matéria escura”, declara Cristoph Weniger, da Universidade de Amsterdã, outro astrofísico que já estudou o núcleo da Via Láctea. “Mas nós precisamos confirmar essa interpretação encontrando evidências que a corroborem em outras observações independentes primeiro. Ainda precisamos trabalhar muito”.