Com todo o nosso conhecimento das leis da física e do sucesso do Modelo Padrão e da relatividade geral, há uma série de fenômenos observáveis no Universo que não podem ser explicados. O universo está cheio de mistérios, desde a formação de estrelas até os raios cósmicos de alta energia. Embora aos poucos estejamos descobrindo o espaço para nós mesmos, ainda não sabemos tudo. Por exemplo, sabemos que a matéria escura existe, mas não sabemos quais são suas propriedades. Isso significa que devemos atribuir todos os efeitos desconhecidos às manifestações da matéria escura?
Existem tantos mistérios sobre a matéria escura quantas são as evidências de sua existência. Mas culpar a matéria escura por todas as misteriosas manifestações do espaço não é apenas míope, mas também errado. É o que acontece quando os cientistas ficam sem boas ideias.
Duas galáxias grandes e brilhantes no centro do Aglomerado Coma, cada uma com mais de um milhão de anos-luz de tamanho. As galáxias na periferia indicam a existência de um grande halo de matéria escura em todo o aglomerado.
A matéria escura está em todos os lugares do universo. Foi consultado pela primeira vez na década de 1930 para explicar o rápido movimento de galáxias individuais em aglomerados de galáxias. Isso aconteceu porque toda a matéria comum - matéria composta de prótons, nêutrons e elétrons - não é suficiente para explicar a quantidade total de gravidade. Isso inclui estrelas, planetas, gás, poeira, plasma interestelar e intergaláctico, buracos negros e tudo o mais que possamos medir. As linhas de evidências que apóiam a matéria escura são numerosas e convincentes, conforme observado pelo físico Ethan Siegel.
A matéria escura é necessária para explicar:
- propriedades rotacionais de galáxias individuais, - a formação de galáxias de diferentes tamanhos, de gigantes elípticas a - galáxias do tamanho da Via Láctea e minúsculas galáxias anãs perto de nós, Vídeo promocional:
- interações entre pares de galáxias, - propriedades de aglomerados de galáxias e aglomerados de galáxias em grande escala, - rede espacial, incluindo sua estrutura filamentosa, - espectro de flutuações cósmicas de fundo de microondas, - os efeitos observados de lentes gravitacionais de massas distantes, - a separação observada entre os efeitos da gravidade e a presença de matéria comum em colisões de aglomerados de galáxias.
E em uma pequena escala de galáxias individuais e em uma escala de todo o Universo, a matéria escura é necessária.
Colocando tudo isso no contexto do resto da cosmologia, acreditamos que cada galáxia, incluindo a nossa, contém um halo de matéria escura massivo e difuso ao seu redor. Ao contrário das estrelas, gás e poeira em nossa galáxia, que estão principalmente no disco, o halo de matéria escura deve ser esférico porque, ao contrário da matéria comum (baseada em átomos), a matéria escura não "achatada" quando você a espreme … Além disso, a matéria escura deve ser mais densa perto do centro galáctico e estender-se dez vezes mais longe do que as estrelas da própria galáxia. Finalmente, deve haver pequenos pedaços de matéria escura em cada halo.
Para reproduzir o conjunto completo de observações listadas acima, bem como outras, a matéria escura não deve ter outras propriedades além das seguintes: deve ter uma massa; deve interagir gravitacionalmente; deve mover-se lentamente em relação à velocidade da luz; não deve interagir fortemente por meio de outras forças. Tudo. Quaisquer outras interações são altamente limitadas, mas não excluídas.
Por que, então, sempre que uma observação astrofísica é realizada com um excesso de uma partícula comum de um certo tipo - fótons, pósitrons, antiprótons - as pessoas falam antes de tudo sobre matéria escura?
No início desta semana, uma equipe de cientistas que estuda as fontes de radiação gama em torno dos pulsares publicou suas descobertas na Science. Em seu trabalho, eles tentaram entender melhor de onde vinha o excesso de pósitrons que observamos. Os pósitrons, antípodas dos elétrons, geralmente nascem de várias maneiras: quando as partículas comuns são aceleradas a energias suficientemente altas, quando colidem com outras partículas da matéria e com a produção de pares elétron-pósitron de acordo com a fórmula de Einstein E = mc2. Criamos esses pares no decorrer de experimentos físicos e podemos observar a criação de um pósitron astrofisicamente, tanto diretamente, na busca de raios cósmicos, quanto indiretamente, na busca pela assinatura energética da aniquilação elétron-pósitron.
Essas assinaturas de pósitrons astrofísicos ocorrem perto do centro galáctico, visando fontes pontuais como microquasares e pulsares localizados em uma região misteriosa de nossa galáxia conhecida como o Grande Aniquilador, e em uma porção de um fundo difuso cuja origem é desconhecida. Uma coisa é certa: vemos mais pósitrons do que esperamos. E isso é conhecido há muito tempo. PAMELA mediu, Fermi mediu, AMS a bordo da ISS mediu. Mais recentemente, o observatório HAWC mediu raios gama de nível TeV de energia extremamente alta e mostrou que eles são partículas altamente aceleradas provenientes de pulsares de nível médio. Mas, infelizmente, isso não é suficiente para explicar o excesso observado de pósitrons.
Por alguma razão, a cada medição do excesso de pósitrons, a cada observação de uma fonte astrofísica que não o explica, a narrativa flui para "não podemos explicar, então a culpa é da matéria escura". E isso é ruim porque existem muitas fontes astrofísicas possíveis que não requerem nada exótico, por exemplo:
- produção secundária de pósitrons e raios gama por outras partículas, - microquasares ou qualquer outra coisa alimentando buracos negros, - pulsares, magnetares muito jovens ou muito velhos, - remanescentes de supernova.
Esta lista não é definitiva, mas fornece alguns exemplos do que pode criar esse excedente.
Muitas pessoas que trabalham neste campo optam pela matéria escura porque seria um grande avanço se a matéria escura destruísse e produzisse raios gama e partículas de matéria comum. Este seria um cenário de sonho para astrofísicos caçadores de matéria escura. Mas o pensamento positivo nunca levou a grandes descobertas. E embora a matéria escura seja mais frequentemente apresentada como uma explicação para o excedente de pósitrons, não é mais provável do que os alienígenas explicando a estrela Tabby.
Depois de pedir uma explicação a Brenda Dingus, investigadora principal do HAWC, Ethan Siegel recebeu o seguinte comentário:
“Existem, sem dúvida, outras fontes de pósitrons. Mas pósitrons não se afastam muito de suas fontes e não existem muitas fontes próximas. Os dois melhores candidatos foram descobertos pelo HAWC e agora sabemos o número de pósitrons que eles produzem. Também sabemos como esses pósitrons se difundem em suas fontes; mais lento do que o esperado. Embora tenhamos confirmado as fontes de pósitrons nas proximidades, descobrimos que os pósitrons são muito lentos para se afastar de seu local de origem e, portanto, não criam um excesso de pósitrons na Terra. Ao eliminar uma possibilidade, tornamos outras possibilidades mais prováveis. No entanto, isso não significa que os pósitrons DEVEM vir da matéria escura. Não é isso que queremos dizer."
Notavelmente, os pósitrons nos dados do HAWC representam apenas 1% dos pósitrons vistos em outros experimentos, apontando para outra coisa como o herói do dia. Quando é feita uma observação que está em desacordo com nossas idéias tradicionais, como com um excedente de pósitrons astrofísicos, não se deve descartar a possibilidade de que a matéria escura esteja envolvida. Mas é muito mais provável que outros processos astrofísicos expliquem esses efeitos. Quando um mistério aparece na ciência, todo mundo quer uma revolução, mas na maioria das vezes eles conseguem algo comum.
Ilya Khel
