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nov 23

Elétrons energéticos misteriosos podem ser o tão esperado sinal da existência da matéria escura

Durante 10 anos, cinco emissões de raios cósmicos de alta-energia (marcados no desenho com asteriscos laranja) vieram de uma pequena área do céu perto da estrela Merak na Ursa Maior. Astrofísicos suspeitam que essa fonte é um par de aglomerados de galáxias que está se aglutinando (em azul). Progressivamente aglomerados de galáxias mais distantes aparecem em azul claro, verde e vermelho enquanto que as regiões sombreadas em cinza mostram as posições para cada uma das cinco detecções de raios cósmicos. G. R. Farrar/A. A. Berlind/D. W. Hogg (New York University)

A matéria escura está se mostrando menos furtiva que o seu nome sugere. Estima-se que sua assinatura foi detectada em um experimento a bordo de um balão que mediu um surpreendente aumento no número de elétrons energéticos provenientes do espaço (raios cósmicos).

Os elétrons de alta-energia são encontrados no espaço e são acelerados quando as estrelas explodem como supernovas. Agora um detector a bordo de um balão sobrevoando a Antártica, chamado de “Calorímetro Avançado de Ionização Fina” ou Advanced Thin Ionization Calorimeter (ATIC), detectou 70 elétrons de alta-energia a mais que o nível normal de fundo atribuído as explosões de supernovas.

John Wefel da Universidade Estatal de Louisiana em Baton Rouge, que liderou a pesquisa, disse que existem duas possíveis explicações.

Os elétrons poderiam vir de um objeto astrofísico próximo, situado em até 3.000 anos-luz de distância da Terra. Esta fonte de raios cósmicos poderia ser um objeto exótico próximo como um pulsar, mini-quasar, remanescente de supernova ou um buraco negro de tamanho intermediário. Além disso a equipe vem tentando há quatro anos associar esse sinal a um objeto desse tipo sem nenhum sucesso.

A segunda alternativa apresentada é que os elétrons foram produzidos quando duas partículas de matéria escura se encontram e se aniquilam. Tal hipótese foi reforçada pela observação das energias observadas nos elétrons, que variam entre os 300 e 800 giga-eletronvolts (GeV).

“Não existe nada que conhecemos na astrofísica ou física de alta energia que justifique esse valor de intervalo energético”, afirma Wefel.

Dimensões extras

E mais: o sinal acusou um pico em 650 GeV e rapidamente retornou ao nível de fundo de 800 GeV. De acordo com Wefel, este é o tipo de sinal que se esperaria se um tipo de partícula exótica conhecida como partícula de Kaluza Klein fosse a responsável pela matéria escura, com o pico em 650 GeV correspondente a sua massa.

Este tipo de partícula é um WIMP (weakly interacting massive particle ou partícula massiva de interação fraca), um dos candidatos mais promissores a ser atribuído como matéria escura, e que vem das teorias nas quais o universo tem dimensões espaciais extras. Estas dimensões extras só podem ser detectadas observando-se WIMPS que tenham se infiltrado nas quatro dimensões (três espaciais e uma temporal) que nos são familiares.

Os últimos anos têm sido proveitosos para os caçadores de matéria escura. Em 2007, o satélite WMAP da NASA, o qual mede a radiação de fundo do Universo, oriunda do Big Bang, captou um excesso de microondas provenientes do centro de nossa galáxia. Este “névoa de WMAP” poderia ser a radiação produzida quando as partículas de matéria escura colidem.

Outros sinais

Há alguns meses, outro grupo encontrou convincentes pistas de matéria escura em medições de anti-matéria tomadas pelo detector conhecido como PAMELA.

Então, como se encaixam os resultados do ATIC com estas descobertas recentes?

Embora os dados de PAMELA cubram uma faixa de energia distinta da do sinal do ATIC, Wefel crê que “não há contradição entre o ATIC e o PAMELA, pelo menos dentro das incertezas dos dados disponíveis atualmente”, disse ele a New Scientist. “É possível que estejamos observando a mesma fonte” (de raios cósmicos).

Mas o ATIC detectou 200 vezes mais matéria escura em potencial que o WMAP no centro galáctico. “Necessitamos um fator de incremento de 200 para que os resultados sejam compatíveis”, disse Wefel. “Assim ou a névoa de WMAP está errada, ou seja, a teoria está incorreta, ou a matéria escura não está distribuída de maneira uniforme por todos os lugares” (da galáxia).

A procura continua

Com tantas perguntas sem resposta, seremos capazes alguma vez de dizer que foi observado de forma concludente a matéria escura? Wefel crê que novos experimentos tais como o recentemente lançado Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi deveriam continuar a descobrir novas possíveis fontes de matéria escura. Estas fontes terão que ser estudadas em outros comprimentos de onda e com outros instrumentos para determinar suas propriedades.

“Então deveríamos ver se algum deles tem a capacidade de produzir o sinal eletrônico que o ATIC observou”, disse Wefel. “Quanto tempo se procura antes de se dar por vencido? Não posso dizer, mas suspeito que nós tenhamos que esperar até que o telescópio espacial Fermi e outros instrumentos esgotem suas fontes de novos descobrimentos. Enquanto isso outros experimentos tentarão estudar os elétrons em maiores detalhes para ver se podem “capturar” a assinatura da aniquilação da matéria escura”.

Embora as peças do quebra-cabeça se encaixem, outros especialistas dizem que o descobrimento de ATIC é intrigante. Isto é devido ao fato que há algumas questões sobre o que acelera os elétrons e íons no espaço, que são as partículas conhecidas como raios cósmicos.

“Mesmo que se prove que não se trata de matéria escura, o enigma de como se produzem os raios cósmicos de alta energia ainda é um mistério, e este trabalho ajudará a trazer alguma luz sobre isso”, pensa Andy Taylor, astrofísico da Universidade de Edimburgo.

Referências e fontes:

Nature (volume 456, página 362)

National Geographic news: Dark Matter Proof Found Over Antarctica?

NewScientist.com: Dark matter may be shining a light

Astronomy.com: Mysterious source of high-energy cosmic radiation discovered

The Register: Scientists ponder mysterious source of cosmic rays. Exotic object or dark matter?

Nature news: Electron ‘bump’ may confirm dark matter



1 comentário

  1. Gilberto Mendes Amigo

    Eu sou o tipo de leitor que não sabe nada de Física de Patículas ou Astrofísica, mas mesmo assim… Pelo que entendi, as partículas WIMPs são as principais candidatas a explicar do que a matéria escura é feita. Mas eu assisti a um documentário da Discover em que falou-se que a tal WIMP é uma evocação para reparar uma falha da Física de Partículas. Se eu estiver falando besteira, o pessoal que é do ramo deve ser condecendente comigo, mas, pelo o que entendi, não é uma previsão natural da teoria, mas uma inclusão forçada para corrigir-lhe uma falha. Não quero ser presunçoso, mas e se a teoria estiver equivocada? Que implicações traria para todo o edifício científico que está sendo construído sobre está teoria? Talvez possamos fazer outra pergunta: Haverá algum experimento, em algum momento, que decidirá se os WIMPs existem ou não?

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