A matéria escura se comporta de acordo com as mesmas leis físicas que se aplicam à matéria normal? Esta questão continua a ser um dos principais enigmas da cosmologia moderna, uma vez que esta forma invisível (que não emite nem reflete qualquer luz) ainda é especulativa e extremamente difícil de estudar diretamente. Investigadores da Universidade de Genebra (UNIGE) e de instituições aliadas pretendiam ver se a matéria escura segue um comportamento conhecido nas maiores escalas, ou se outras forças podem influenciá-la. A sua investigação, publicada na Nature Communications, indica que a matéria escura se comporta de forma muito semelhante à matéria normal, embora ainda não possam excluir a possibilidade de uma interacção adicional, até então desconhecida. Dado que se pensa que a matéria escura é cinco vezes mais comum do que a matéria normal, mesmo uma pequena descoberta nova ajuda a clarificar o seu papel na formação do Universo.
A matéria comum é governada por quatro forças fundamentais conhecidas: gravidade, eletromagnetismo e as forças fortes e fracas entre os átomos. A questão é se a matéria escura responde ao mesmo conjunto de energia. Embora a matéria escura seja invisível e difícil de detectar, ela ainda pode seguir estas leis conhecidas ou talvez ser influenciada por uma quinta força que os cientistas ainda não detectaram.
Investigando como a matéria escura se move através de poços gravitacionais
Para explorar esta possibilidade, a equipa liderada pela UNIGE testou se a matéria escura afunda em poços gravitacionais da mesma forma que a matéria comum o faz nas escalas cósmicas. Objetos massivos distorcem a estrutura do espaço, formando esses poços. A matéria comum – planetas, estrelas e galáxias – situa-se entre eles, 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 a velocidade das galáxias em todo o Universo com a profundidade do poço gravitacional,” explicou Camille Bonvin, Professora Associada de Física Teórica na Faculdade de Ciências da UNIGE e co-autora do estudo. “Se a matéria escura não estiver sujeita à quinta força, as galáxias – que são compostas principalmente de matéria escura – cairão neste poço, que é governado apenas pela gravidade. Por outro lado, se a quinta força atuar sobre a matéria escura, afetará o movimento das galáxias, que então cairão no poço de forma diferente com as velocidades do poço da galáxia, para que possamos verificar a presença de tal força.”
A matéria escura parece seguir a equação de Euler
Usando este método em dados cosmológicos modernos, os investigadores descobriram que a matéria escura se move para o poço gravitacional da mesma maneira que a matéria normal, o que significa que é consistente com a equação de Euler. “Nesta fase, no entanto, estas conclusões ainda não excluem a presença de uma força desconhecida. Mas se tal quinta força estiver presente, não pode exceder 7% da força gravitacional – caso contrário, já teria aparecido na nossa análise, “diz Nastassia Grimm, primeira autora do estudo e ex-pesquisadora de pós-doutorado no Departamento de Ciência que recentemente ingressou na UNIGE Theories. Instituto de Cosmologia e Gravitação, Universidade de Portsmouth.
O que vem a seguir nas novas descobertas da física
Estas descobertas preliminares 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 de novas experiências, como LSST e DESI, serão sensíveis a até 2% da força gravitacional. Devem, portanto, permitir-nos aprender mais sobre o comportamento da matéria escura,” conclui Isaac Toutousas, investigador do ICE-CSIC e IEEE e professor associado do IRPAP, IRAP, MERAP. Coautor do estudo.
