Às vezes, não ver algo pode ser tão importante quanto reconhecê-lo. Esta ideia está no centro de um novo estudo publicado Jornal de Cosmologia e Física de Astropartículas (JCAPO estudo sugere que os cientistas não precisam encontrar sinais uniformes em todo o universo para compreender a matéria escura.
O estudo se concentrou em uma observação desconcertante. Os astrónomos detectaram radiação gama adicional no centro da Via Láctea, que pode ser produzida quando partículas de matéria escura colidem e se aniquilam. No entanto, sinais semelhantes não foram encontrados em outros lugares, como galáxias anãs. Essa ausência não exclui necessariamente a matéria escura como fonte, de acordo com o novo trabalho.
Em vez disso, a própria matéria escura pode ser mais complexa do que se pensava anteriormente. Em vez de um único tipo de partícula, pode consistir em vários componentes que se comportam de maneira diferente dependendo do ambiente.
O excesso de raios gama da Via Láctea
Acredita-se que a matéria escura constitui uma grande parte do universo, mas nunca foi observada diretamente. Os cientistas inferem a sua existência pela forma como a sua gravidade afecta os objectos visíveis. Apesar de décadas de investigação, a sua verdadeira natureza permanece desconhecida.
Muitas teorias importantes descrevem a matéria escura como sendo composta de partículas. Em alguns modelos, quando essas duas partículas se encontram, elas se aniquilam e produzem radiação de alta energia, como os raios gama. A detecção desta radiação é uma técnica chave que os cientistas usam para procurar matéria escura.
“Neste momento parece haver um grande número de fotões provenientes de uma região esférica em torno do disco da Via Láctea,” explicou Gordon Kronczyk, físico teórico do Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) nos EUA e um dos autores do estudo. Observações do Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi revelaram este brilho incomum, que pode estar associado à matéria escura. Ainda assim, outras explicações são possíveis, incluindo os raios gama produzidos por fontes astrofísicas como os pulsares.
Para compreender melhor a origem deste sinal, os cientistas olham para além da nossa galáxia. “Se alguma teoria da matéria escura for verdadeira, então deveríamos vê-la em todas as galáxias, por exemplo, em todas as galáxias anãs”, explica Kronjic.
Por que as galáxias anãs são importantes
As galáxias anãs são sistemas pequenos e fracos que contêm grandes quantidades de matéria escura. Por terem relativamente poucas estrelas e baixa radiação de fundo, proporcionam um cenário claro para a procura de sinais de matéria escura.
Modelos padrão de matéria escura baseados em partículas normalmente descrevem duas possibilidades principais de como ocorre o decaimento. No cenário mais simples, a probabilidade de destruição é constante e não depende da velocidade com que as partículas se movem. Se isto for verdade, então um sinal observado na Via Láctea também deverá estar presente noutros sistemas ricos em matéria escura, incluindo galáxias anãs.
Em outras situações, a taxa de decaimento depende da velocidade da partícula. Como as partículas de matéria escura se movem lentamente dentro das galáxias, tais interações tornariam a extinção extremamente rara, deixando pouco ou nenhum sinal detectável em qualquer lugar.
Sob esta estrutura convencional, a falta de emissão de raios gama das galáxias anãs torna difícil interpretar exageradamente a emissão de raios gama da Via Láctea como evidência de matéria escura.
Um modelo de matéria escura de dois componentes
Krnjaic e colegas propuseram uma explicação diferente que pode resolver esta tensão. O seu modelo sugere que a matéria escura pode conter dois tipos distintos de partículas em vez de um.
“O que tentamos salientar neste artigo é que podemos ter um tipo diferente de dependência ambiental, mesmo que a probabilidade de destruição seja constante no centro da galáxia”, explica Kranjic. “A matéria escura pode ser diretamente duas partículas diferentes, e as duas partículas diferentes precisam se encontrar para se aniquilar.”
Nesta imagem, a probabilidade de aniquilação depende não apenas da frequência com que as partículas interagem, mas também do equilíbrio entre os dois tipos de matéria escura num determinado sistema. Esse equilíbrio pode variar de galáxia para galáxia. Numa galáxia como a Via Láctea, os dois tipos de partículas podem estar presentes em quantidades iguais, tornando as interações mais prováveis. Nas galáxias anãs, um tipo pode dominar, reduzindo a probabilidade de colisões e limitando o sinal detectável.
“Assim, você obtém previsões muito diferentes para as emissões”, explica Kronjic.
O que observações futuras podem revelar
Este modelo de dois componentes oferece uma maneira mais flexível de explicar as presentes observações. Isto permite aos cientistas explicar porque é que a Via Láctea mostra um sinal de raios gama enquanto as galáxias anãs não o fazem, sem descartar a possibilidade de a matéria escura ser a responsável.
Observações futuras serão importantes para testar esta hipótese. O Telescópio de Raios Gama Fermi pode fornecer informações mais detalhadas sobre galáxias anãs, onde as medições ainda são limitadas. A detecção de raios gama nestes sistemas pode indicar uma mistura semelhante de componentes de matéria escura. Por outro lado, a não detecção continuada pode sugerir que um elemento é menos comum naquele ambiente.
Contudo, a explicação não é simples. Outros factores astrofísicos podem afectar o que é observado, o que significa que os cientistas precisam de comparar este modelo com uma gama mais ampla de dados.
O artigo “dSph-obic Dark Matter” de Asher Berlin, Joshua Foster, Dan Hooper e Gordon Kronczyk já está disponível JCAP.
