O invisível se torna visível: os cientistas podem finalmente ter visto a matéria escura

O universo está cheio de mistérios, muitos dos quais nos intrigam há anos. Uma das maiores é a existência de algo chamado matéria escura. Teorizada pela primeira vez por Fritz Zwicky em 1933, a matéria escura é um tipo teórico de matéria que não pode ser vista porque não interage com a luz ou outras formas de radiação eletromagnética.

Depois de quase 100 anos, os pesquisadores podem ter finalmente visto a matéria escura pela primeira vez, com a ajuda do Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi da NASA.

Se isso for verdade, seria um desenvolvimento importante para a ciência. A capacidade da matéria escura de se esconder à vista de todos é lendária. A matéria escura não pode emitir, absorver ou refletir qualquer tipo de luz, por isso não pode ser vista com nenhuma ferramenta já criada por humanos. É assim que os humanos e todas as nossas ferramentas veem as coisas. Isto torna a descoberta da matéria escura surpreendentemente difícil.

Tomonori Toya, professor de astronomia da Universidade de Tóquio, acredita que pode ter tido sucesso onde muitos outros falharam. em o estudo Num artigo publicado em 25 de novembro no Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, Totani disse que pode ter descoberto a matéria escura observando os subprodutos de duas partículas de matéria escura colidindo uma com a outra.

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A chave para esta descoberta é a existência teórica de partículas massivas de interação fraca, ou WIMPs, para abreviar. WIMPs são matéria escura maiores que prótons e não interagem com outros tipos de partículas. De acordo com a teoria científica, quando dois WIMPs colidem, eles se aniquilam e a reação resultante produz raios gama.

Dr. Totani usou dados do Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi da NASA para descobrir o que ele acredita serem raios gama emitidos por esses eventos de aniquilação. Se isto for preciso, provaria a existência de matéria escura, ou pelo menos colocaria os cientistas no caminho certo para confirmar a sua existência.

Por que a matéria escura é tão difícil de encontrar?

NASA explica A matéria escura é a “cola invisível que mantém o universo unido”. A matéria escura existe em todos os lugares. De acordo com a teoria, a matéria comum que você e eu podemos ver representa apenas 5% da matéria, e a matéria escura representa 27% do bolo. O resto é energia escura. Mais um mistério Ainda não foi resolvido pela ciência.

Se há mais de cinco vezes mais matéria escura do que matéria normal, por que é tão difícil de ver? Simplificando, a matéria escura não interage com a matéria de uma forma que os humanos possam detectar com a tecnologia atual.

Isto não é de todo antinatural. A ciência também tem dificuldade em detectar buracos negros. Como a luz não pode escapar de um buraco negro, é impossível observá-lo diretamente. Em vez disso, os cientistas desenvolveram vários métodos para detectar a presença de buracos negros com base no seu impacto no ambiente circundante.

Cygnus X-1, o primeiro buraco negro já detectado, foi descoberto graças a algo chamado disco de acreção. Os discos de acreção são nuvens rodopiantes de gás, poeira, plasma e outras partículas que se formam em torno dos buracos negros e tendem a emitir grandes quantidades de radiação de raios X. Os pesquisadores descobriram esses poderosos raios X e concluíram que eles vinham de um buraco negro. em primeira foto de um buraco negro Esta foto foi tirada em 2019, e a parte visível não é o buraco negro em si, mas o disco de acreção do buraco negro.

O filósofo e clérigo britânico John Michel teorizou pela primeira vez a existência de buracos negros em 1783. Isso significa que os humanos levaram 236 anos para tirar uma foto de um buraco negro, e ainda assim você não consegue vê-lo na foto. Só sabemos que está lá porque podemos ver o disco de acréscimo.

A matéria escura é muito mais difícil de detectar. Não interage de forma alguma com o espectro eletromagnético, incluindo a luz visível. Tal como acontece com os buracos negros, a ciência tentou provar a sua existência utilizando os seus efeitos no ambiente.

Este fenômeno começou em 1933, quando o astrônomo Fritz Zwicky observou que: Galáxias no aglomerado de galáxias Kaminoke Estava se movendo rápido demais para a quantidade de matéria normal que continha. Zwicky concluiu que deve haver um segundo tipo de material invisível que atua como uma espécie de cola que mantém o aglomerado unido, adicionando mais gravidade.

Esta teoria foi refinada ao longo do tempo e evidências adicionais surgiram. Um exemplo É uma lente gravitacionalesta é a curvatura da luz causada pela gravidade. Os aglomerados de balas são o melhor exemplo de como isso pode ser causado pela matéria escura, mas ainda não foi definitivamente comprovado.

Autores do estudo explicam o que encontraram

Durante décadas, os cientistas fizeram várias propostas. potenciais candidatos Sobre a aparência real das partículas de matéria escura. Uma dessas teorias é WIMP. Essas partículas teóricas são muito maiores que os fótons e possuem propriedades únicas. Quando colidirem, a ciência prevê que se destruirão, resultando numa explosão de raios gama.

A NASA é Clique aqui para um pequeno vídeo Isso mostra como isso funcionaria em teoria. Essas emissões de raios gama são o que Toya acredita ter descoberto.

“Detectámos raios gama com uma energia de fotões de 20 giga-elétron-volts (ou uma enorme quantidade de energia, 20 mil milhões de eletrões-volt), que se espalham numa estrutura semelhante a um halo em direção ao centro da Via Láctea,” disse Toya. disse ao Phys.org. “O componente emissor de raios gama combina bem com a forma esperada de um halo de matéria escura.”

Preciso descompactar um pouco isso, então pedi mais detalhes ao Toya-san. Ele disse que as estrelas em nossa galáxia estão “distribuídas em um disco, mas acredita-se que um halo de matéria escura o envolva em uma forma esférica”. A radiação produzida pela matéria escura teórica atingiria o disco a partir de sua posição esférica, dando a Totani uma ideia do que procurar e onde procurar em geral.

Quando ele olhou para lá, encontrou radiação que disse ser “consistente com as previsões da matéria escura”.

Por outras palavras, os raios gama estavam onde deveriam estar, nos níveis de energia dos fotões previstos pela ciência, e a sua emissão tinha a forma esperada da matéria escura.

mudar a ciência para sempre

O Sr. Toya encontrou raios gama na intensidade prevista no local onde deveriam estar, então deve ser matéria escura, certo?

Não exatamente.

Embora estas descobertas sejam promissoras, não provam necessariamente a existência de matéria escura. O primeiro passo é fazer com que investigadores independentes verifiquem as conclusões de Toya.

Toya reconhece isso e quer que pesquisadores independentes examinem os dados para replicar suas descobertas. Isto inclui medir as emissões de raios gama de outras fontes no universo, como galáxias anãs, para ver se algo mais poderia explicar as suas descobertas.

Neste ponto, suas descobertas não podem ser facilmente explicadas por fontes emissoras de raios gama conhecidas, mas isso não significa que não existam fontes emissoras de raios gama. Os dados precisarão ser testados diversas vezes, e o pesquisador precisará trazer mais informações para confirmar se sua descoberta está de fato relacionada à matéria escura.

Se Totani realmente descobrir a matéria escura, as implicações seriam enormes e a ciência precisaria de tempo para descobrir isso. Ele ressalta que a descoberta de novas partículas que não estão incluídas no atual Modelo Padrão da física de partículas terá um grande impacto na teoria da física fundamental. E a descoberta da matéria escura ajudará a desvendar outros mistérios cosmológicos, como: Propriedades da energia escuraa força invisível que acelera e expande o universo.

“Se isto estiver correto, significaria que a verdadeira natureza da matéria escura, que há muito tempo é o maior mistério da cosmologia, foi revelada”, disse o professor Totani.