A equipe do Telescópio Espacial Fermi encontrou galáxias escuras no céu sem estrelas, mas com matéria escura fumegante. Os descobridores ainda não acreditam na descoberta e é impossível verificar de forma independente seus resultados - os cientistas não divulgam onde estão os candidatos
Além do grande conflito de duas culturas - "físicos e letristas", introduzido em circulação pelo britânico Charles Snow há exatamente 50 anos, durante séculos também houve um pequeno conflito envolvendo exclusivamente "físicos". É um choque entre teoria e experimento, em que a primeira geralmente desempenha o papel de liberais imprudentes e os últimos como conservadores responsáveis.
Nos últimos anos na astrofísica, em nenhum lugar esse conflito se manifestou tão claramente como na história das partículas de matéria escura, cuja transformação na substância a que estamos acostumados, alguns cientistas vêem, enquanto outros não. Ambas as crenças são baseadas nos mesmos dados.
Paparazzi e PAMELA
Decadência e aniquilação A
decadência é chamada de decadência espontânea de partículas, como a decadência de um núcleo de urânio ou de um nêutron que deixa qualquer núcleo atômico. A aniquilação é a destruição mútua de partículas quando se encontram, por exemplo, a aniquilação de um elétron e um pósitron, e, em geral, matéria e antimatéria.
A taxa de decaimento depende apenas do número de partículas instáveis, e o sinal de aniquilação determina a frequência das colisões de partículas entre si. Portanto, a taxa de decaimento é proporcional à densidade, e a taxa de aniquilação é proporcional ao quadrado desta quantidade. É assim que os astrônomos esperam distinguir a aniquilação da decadência nos dados observacionais.
A maior tensão da paixão atingiu em meados de 2008, quando o experimento científico internacional PAMELA a bordo do satélite russo Resurs-DK descobriu um excesso de pósitrons de alta energia nas proximidades do Sol. Eles bem poderiam ter nascido durante a decadência espontânea ou aniquilação mútua de partículas exóticas, que supostamente constituem a matéria escura.
É claro que outras explicações são possíveis, mas a perspectiva de "ver" a matéria invisível era tão atraente que, para obter dados não publicados da PAMELA, rumores sobre os quais circulavam no ambiente astrofísico, muitos jovens teóricos se precipitaram. Alguns até fotografaram gráficos PAMELA não publicados em telefones celulares durante os relatórios dos participantes do projeto em conferências e, com base nesses dados, escreveram artigos teóricos. Essas almas corajosas, violando as regras éticas não escritas da comunidade científica, foram apelidadas de "paparazzi científicos".
Como resultado, os dados PAMELA foram publicados formalmente, mas ainda não têm uma interpretação inequívoca. Alguém pensa que se trata de vestígios de partículas escuras, alguém culpa as estrelas de nêutrons nas proximidades do Sol por seu aparecimento, alguém geralmente acredita que estamos falando de erros sistemáticos não explicados no funcionamento do equipamento PAMELA.
Nevoeiro, nevoeiro
Muitos esperavam que a situação fosse esclarecida com o lançamento do Observatório Espacial Fermi, que detecta fótons de energias muito altas. Eles podem muito bem ser produzidos pela interação da luz comum com partículas carregadas de alta energia (isso é chamado de retroespalhamento Compton). E é assim que os cientistas esperavam esclarecer a situação com os dados do PAMELA.
WMAP Haze O WMAP
encontrou um excesso de radiação de microondas do centro galáctico - a chamada "névoa WMAP", que permanece nos dados após subtrair todas as fontes de microondas conhecidas deles. Uma das explicações mais prováveis para isso é a radiação síncrotron de elétrons energéticos enrolando-se na linha de indução de campos magnéticos interestelares. Exatamente nos mesmos elétrons, com a ajuda do efeito Compton inverso, podem ser produzidos fótons de alta energia, que Fermi é capaz de ver.
Se as partículas de matéria escura realmente se tornam a fonte de pósitrons e elétrons energéticos, então deveriam nascer com mais freqüência exatamente onde há mais matéria escura. De acordo com os conceitos modernos, esses lugares são considerados centros de galáxias. Portanto, os astrônomos estavam ansiosos para ver Fermi indo em direção ao coração de nossa Via Láctea. Além disso, os astrônomos receberam uma dica de um grande número de elétrons aqui há vários anos da espaçonave WMAP.
Vídeo promocional:
Fermi entrou em órbita em junho de 2008 e começou a coletar dados científicos alguns meses depois. De acordo com as regras do grupo, os dados do telescópio aparecem no espaço público apenas um ano depois de recebidos - para permitir que "seus" teóricos retirem deles o principal creme científico. O ano estava acabando no início do outono, mas um grupo de teóricos não esperou e quase repetiu a história com os "paparazzi científicos". De acordo com um artigo publicado em julho, Fermi vê um excesso de radiação em direção ao centro galáctico. Além disso, análises preliminares mostraram que essa radiação pode ser gerada exatamente nas mesmas partículas que o projeto PAMELA capturou.
Quando os dados de Fermi foram publicados, os cientistas repetiram sua análise e afirmaram com mais confiança: além da "névoa WMAP", há também uma "névoa de Fermi", na qual a teoria da decomposição ou aniquilação da matéria escura se encaixa bem. Este trabalho, liderado por Gregory Dobler, do Harvard Center for Astrophysics, não tem mais vergonha de se referir até mesmo a cientistas sérios, embora seus resultados não sejam muito diferentes das conclusões dos trabalhos anteriores do mesmo grupo.
Senhor Não
Há, no entanto, uma advertência importante. Mesmo se um grande número de elétrons e pósitrons de alta energia existir na região do centro galáctico (e há cada vez menos dúvidas sobre isso), sua origem a partir de partículas de matéria escura ainda precisa ser provada. Em princípio, eles podem ter outras fontes - por exemplo, ondas de choque de explosões de supernova ou todas as mesmas estrelas de nêutrons que permanecem no local de tais explosões. O centro da Galáxia deve estar repleto de ambos - simplesmente porque existem tantas estrelas, algumas das quais mais cedo ou mais tarde explodem. E embora os modelos alternativos devam ser bastante “rebuscados”, para muitos ainda é uma explicação mais aceitável do que algum tipo de matéria escura.
"Dobler e companhia pisaram no gelo fino", alertou Elliot Bloom, um dos poucos teóricos puros da equipe de experimentos do Fermi, após a publicação de seu artigo. Em seu coração, essa pessoa provavelmente tem que lutar consigo mesma - um teórico que devotou metade de sua vida à perspectiva de uma explicação indireta da natureza da matéria escura, ele recentemente se tornou o "Sr. Não" da colaboração de Fermi. É ele quem mais frequentemente tem que comentar trabalhos como o artigo de Dobler e convencer colegas e jornalistas de que as conclusões dos "novatos" são no mínimo prematuras.
Ironicamente, é o trabalho de Bloom (arquivo pdf), apresentado em nome da colaboração em forma de pôster no simpósio Fermi 2009 em Washington, que mais um episódio na história da detecção observacional de matéria escura pode começar. Os resultados desse trabalho chamaram a atenção para o famoso viveiro de boatos físicos - o blog Resonaances, mantido pelo físico polonês Adam Falkowski, da American Rutgers University.
Galáxias escuras
O problema
da subestrutura A discrepância entre a teoria prevista e o número real de satélites anões na Via Láctea e outras galáxias é chamada de problema da subestrutura. Sua solução padrão é que existem galáxias anãs ao nosso redor, mas as estrelas não se formam nelas.
Evidências recentes sugerem que tal explicação pode realmente funcionar: o menor dos satélites recentemente descobertos de nossa galáxia consiste realmente de apenas algumas centenas de estrelas. Mas sua massa (pode ser estimada pelo movimento das estrelas) é muito maior. Supõe-se que a maior parte esteja contida em matéria escura.
Bloom raciocinou com razão: para excluir uma alternativa com a aceleração dos elétrons em ondas de choque, é preciso olhar onde as supernovas não explodem. Idealmente - onde não existam estrelas, e deveria haver matéria escura. De acordo com a teoria, esses halos de matéria escura sem estrelas deveriam de fato circundar nossa Galáxia - a teoria prevê uma dúzia ou duas vezes mais galáxias anãs do que é realmente observado.
Para descobrir o que as estrelas não iluminam, Bloom e seu colega Pin Wan tiveram que vasculhar todo o arquivo de dados do Fermi em busca de objetos estendidos, cuja radiação gama corresponde ao modelo de decadência ou aniquilação de partículas de matéria escura. Além disso, tais objetos não devem coincidir com fontes conhecidas, e o fluxo de fótons deles não deve mudar com o tempo.
Bloom e Wang encontraram 54 fontes estendidas que se destacaram pelo menos quatro desvios-padrão acima do fundo. Depois de examinar cada uma delas sequencialmente, os cientistas rejeitaram 50 potenciais "galáxias sem estrelas" por não atenderem aos critérios escolhidos. Restam quatro que atendem aos critérios. Acima do fundo, todos eles se destacam não por quatro, mas por pelo menos cinco desvios-padrão.
No entanto, Bloom vestiu a máscara "Sr. Não" novamente e concluiu que nenhuma nova anã negra foi detectada nos dados do Fermi nos primeiros dez meses. O principal argumento dado pelo cientista é a discrepância entre os espectros dessas fontes para os modelos teóricos escolhidos de decaimento da matéria escura.
Pergunta sutil
Mas isso é ridículo, acredita Falkovsky, - dê a um teórico normal nas mãos de quase qualquer espectro, e ele apresentará um modelo que descreverá esse espectro em 15 minutos. Cerca de 15 minutos é, claro, um exagero artístico, mas os modelos de decadência e aniquilação até agora oferecem um amplo espaço de manobra teórica.
Talvez seja por isso que Bloom não dá espectros. Ele não dá em seu trabalho as coordenadas dos candidatos ou quaisquer outros dados sobre eles.
Tudo isso é muito intrigante, acredita Falkovsky. Bloom não diz que não existem galáxias escuras, ele apenas afirma que "elas não foram encontradas nos dados de Fermi nos primeiros dez meses." Ninguém sabe o que acontecerá com os dados dos próximos anos. O que está claro é que Bloom, como membro da colaboração Fermi, terá acesso a eles antes de mais ninguém.
