A matéria escura age surpreendentemente normal em um novo teste cósmico

A matéria comum é afetada por quatro forças fundamentais conhecidas: gravidade, eletromagnetismo e as forças fortes e fracas dentro dos átomos. A questão é se a matéria escura responde ao mesmo conjunto de forças. Embora a matéria escura seja invisível e difícil de detectar, ainda pode seguir estas leis familiares ou possivelmente ser influenciada por uma quinta força que os cientistas ainda não identificaram.

Investigando como a matéria escura se move através dos poços gravitacionais

Para explorar esta possibilidade, a equipa liderada pela UNIGE examinou se a matéria escura afunda em poços gravitacionais da mesma forma que a matéria comum faz nas escalas cósmicas. Objetos massivos distorcem a estrutura do espaço, formando esses poços. A matéria comum – planetas, estrelas e galáxias – cai neles de acordo com princípios físicos estabelecidos que incluem a relatividade geral de Einstein e as equações de Euler. A equipe queria saber se a matéria escura se comporta da mesma maneira previsível.

“Para responder a esta questão, comparámos as velocidades das galáxias em todo o Universo com a profundidade dos poços gravitacionais,” explica Camille Bonvin, professora associada do Departamento de Física Teórica da Faculdade de Ciências da UNIGE e co-autora do estudo. “Se a matéria escura não estiver sujeita a uma quinta força, então as galáxias – que são maioritariamente feitas de matéria escura – cairão nestes poços como matéria normal, governada apenas pela gravidade. Por outro lado, se uma quinta força actuar sobre a matéria escura, influenciará o movimento das galáxias, que então cairiam nos poços de forma diferente. Comparando a profundidade dos poços com as velocidades das galáxias, podemos, portanto, testar a presença de tal força.”

A matéria escura parece seguir as equações de Euler

Usando este método em dados cosmológicos modernos, os investigadores descobriram que a matéria escura se move para os poços gravitacionais da mesma maneira que a matéria comum, o que significa que é consistente com as equações de Euler. “Nesta fase, no entanto, estas conclusões ainda não excluem a presença de uma força desconhecida. Mas se tal quinta força existir, não pode exceder 7% da força da gravidade – caso contrário, já teria aparecido nas nossas análises, “diz Nastassia Grimm, primeira autora do estudo e ex-pesquisadora de pós-doutorado no Departamento de Física Teórica da Faculdade de Ciências da UNIGE, que recentemente ingressou no Instituto de Cosmologia e Gravitação da Universidade de Portsmouth.

O que vem a seguir na busca por uma nova física

Estas primeiras descobertas representam um passo importante no refinamento da nossa compreensão da matéria escura. O próximo objetivo principal é determinar se uma quinta força sutil realmente o afeta. “Os próximos dados das experiências mais recentes, como o LSST e o DESI, serão sensíveis a forças tão fracas como 2% da gravidade. Deverão, portanto, permitir-nos aprender ainda mais sobre o comportamento da matéria escura,” conclui Isaac Tutusaus, investigador do ICE-CSIC e IEEC e professor associado do IRAP, observatório Midi-Pyrénées, Universidade de Toulouse, co-autor do estudo.