Cientistas podem ter encontrado matéria escura após 100 anos de pesquisas

A matéria escura continua sendo uma das maiores incógnitas da astronomia desde que foi sugerida pela primeira vez. Até agora, os cientistas só conseguiram estudá-lo indiretamente, observando como afeta a matéria comum, como a forma como produz gravidade suficiente para manter as galáxias unidas. A detecção direta não foi possível porque as partículas de matéria escura não interagem com a força eletromagnética – o que significa que não absorvem, refletem ou emitem luz.

A hipótese WIMP e os raios gama previstos

Muitos pesquisadores acreditam que a matéria escura é feita de partículas massivas de interação fraca, ou WIMPs. Acredita-se que essas partículas sejam mais pesadas que os prótons e interajam tão fracamente com a matéria normal que são extremamente difíceis de detectar. No entanto, a teoria sugere que quando dois WIMPs colidem, eles se aniquilam e liberam partículas energéticas, incluindo fótons de raios gama.

Os cientistas passaram anos examinando regiões onde a matéria escura deveria estar concentrada, especialmente o centro da Via Láctea, em busca desses raios gama específicos. Usando novos dados do Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi, o Professor Tomonori Totani, da Universidade de Tóquio, acredita agora ter identificado o sinal previsto de raios gama associado à aniquilação de partículas de matéria escura.

As descobertas de Totani aparecem no Jornal de Cosmologia e Física de Astropartículas.

Um halo de raios gama de 20 GeV próximo ao centro da Via Láctea

“Detectámos raios gama com uma energia de fotões de 20 gigaelectronvolts (ou 20 mil milhões de electrões-volts, uma quantidade extremamente grande de energia) estendendo-se numa estrutura semelhante a um halo em direcção ao centro da Via Láctea. A componente de emissão de raios gama corresponde de perto à forma esperada do halo de matéria escura,” disse Totani.

O espectro de energia dos raios gama medido, que descreve como a intensidade da emissão varia, corresponde de perto às previsões do modelo para a aniquilação de hipotéticos WIMPs com massas aproximadamente 500 vezes maiores que a de um próton. A frequência estimada destes eventos de aniquilação com base na intensidade dos raios gama observada também se enquadra nos intervalos teóricos esperados.

Avaliando a possibilidade de um grande avanço

Totani explica que o padrão de raios gama não pode ser facilmente comparado com outras fontes conhecidas ou processos astrofísicos mais comuns. Por causa disso, ele vê os dados como um forte candidato à tão procurada emissão de raios gama da matéria escura.

“Se isto estiver correto, até onde sei, marcaria a primeira vez que a humanidade ‘viu’ a matéria escura. E acontece que a matéria escura é uma nova partícula não incluída no atual modelo padrão da física de partículas. Isto significa um grande desenvolvimento na astronomia e na física”, disse Totani.

Próximas etapas e verificação independente

Embora Totani esteja confiante na sua análise, ele enfatiza que a confirmação independente é essencial. Outros investigadores terão de rever os dados para verificar se a radiação semelhante a um halo resulta verdadeiramente da aniquilação da matéria escura e não de outra fonte astrofísica.

Apoio adicional poderia advir da descoberta da mesma assinatura de raios gama noutras regiões ricas em matéria escura. As galáxias anãs que orbitam dentro do halo da Via Láctea são consideradas especialmente promissoras. “Isto poderá ser alcançado assim que mais dados forem acumulados e, se assim for, forneceria evidências ainda mais fortes de que os raios gama se originam da matéria escura”, disse Totani.

Financiamento: Este trabalho foi apoiado pela concessão JSPS/MEXT KAKENHI número 18K03692.