Cientistas aprenderam algo surpreendente sobre Matéria Escura

De Neel V. Patel para o Inverse Science

É estranho pensar sobre a quantidade de pesquisa que passou a caracterizar a matéria escura enquanto ainda não a observamos. Mas os cientistas realmente sabem muito sobre matéria escura: ela representa quase 85% da massa total no universo e ela interage com a matéria “normal” apenas através da gravidade. No entanto, nunca fomos capazes de identificar o que ela é, exatamente, num sentido físico.

Agora, pesquisadores da Universidade de Washington pensam que temos uma ideia concreta. A matéria escura não é difusa, hipótese que muitas pessoas têm formulado recentemente, mas sim segue o modelo da “matéria escura fria“.

A absorção de luz por gás hidrogênio no IGM. À esquerda é uma simulação baseada no modelo padrão de matéria escura fria. À direita é uma simulação baseada em matéria escura difusa. A curva da esquerda é mais consistente com os dados analisados por Iršič e colegas

Nas descobertas publicadas em um artigo no Physical Review Letters na edição de 20 de julho deste ano, o grupo de pesquisa descreve os resultados de um conjunto de simulações focadas em caracterizar a matéria escura e determinar se é o modelo de matéria escura difusa ou é o modelo da matéria escura fria o mais provável.

“Durante décadas, os físicos teóricos tentaram entender as propriedades das partículas e as forças que devem constituir a matéria escura”, disse Vid Iršič, pesquisador pós-doutorado na Universidade de Washington e principal autor do artigo, em um comunicado. “O que fizemos foi colocar restrições sobre o que poderia ser a matéria escura — e a matéria escura difusa, se fosse constituir toda a matéria escura, não é consistente com nossos dados”.

O modelo difuso — a tendência mais recente dos dois — postula que a matéria escura é composta por uma partícula ultraleve cujo movimento é melhor explicado por princípios relacionados à mecânica quântica. O modelo frio é mais antigo, mais convencionalmente aceito, e sugere que a matéria escura é composta de partículas maciças e de movimento lento que interagem fracamente com os arredores. O modelo frio é melhor para explicar por que a matéria escura se aglomera em massas globulares, como observam os movimentos de objetos diferentes.

Cada um tem seus prós e contras, mas eles não podem ser ambos corretas — pelo menos não em termos absolutos.

Iršič e seus colegas decidiram executar simulações com base em novos dados relacionados ao que é conhecido como o meio intergaláctico (IGM, na sigla em inglês), onde a matéria escura está localizada em todo o cosmos. O hidrogênio no IGM absorve a luz emitida por estrelas, quasares e outros objetos, e essa dispersão ajuda os cientistas a estudarem o espaço.

A equipe de pesquisa analisou as interações no IGM com a luz emitida por quasares, que são objetos celestiais intensamente ativos com buracos negros supermassivos no centro. Esses dados de luz foram conectados a um supercomputador juntamente com outros números relacionados à partículas de matéria escura. As simulações foram executadas com base nesses números, e os resultados foram previsões que melhor sustentam a matéria escura fria do que a matéria escura difusa.

“A massa desta partícula tem que ser maior do que o que as pessoas esperavam originalmente, com base nas soluções de matéria escura difusa para questões que cercam nossa galáxia e outras”, disse Iršič.

Ainda assim, o estudo não pode responder as outras questões relevantes para a pesquisa da matéria escura, nem tampouco a ideia de que existe uma partícula de matéria escura “difusa” ultraleve. Mais pesquisas, como sempre, serão necessárias para realmente esclarecer as coisas obscuras.

Referências:

1. Vid Iršič, Matteo Viel, Martin G. Haehnelt, James S. Bolton, and George D. Becker. “First Constraints on Fuzzy Dark Matter from Lyman-α Forest Data and Hydrodynamical Simulations”. Phys. Rev. Lett. 119, 031302 – Published 20 July 2017;
2. James Urton. “Dark matter is likely ‘cold,’ not ‘fuzzy,’ scientists report after new simulations”. UW News (University of Washington). Acesso em 14 de agosto de 2017.