No início da década de 1930, o astrónomo suíço Fritz Zwicky notou que as galáxias do aglomerado Coma, localizado a cerca de 320 milhões de anos-luz da Terra, moviam-se a velocidades que exigiam muito mais massa do que a que podia ser vista. Esse … o que o levou a concluir que deve haver uma substância massiva e invisível que ele chamou de “matéria escura” que fornece a gravidade extra necessária para manter essas galáxias unidas.
Desde então, físicos e astrónomos de todo o mundo têm tentado em vão observar de alguma forma esta matéria escura, tanto no espaço como na privacidade dos seus laboratórios. Uma tarefa que se revelou impossível porque, ao contrário da matéria “normal”, a matéria escura não interage com forças eletromagnéticas, ou seja, não absorve, reflete ou emite luz em nenhum dos seus comprimentos de onda (rádio, micro-ondas, infravermelho, luz visível, ultravioleta, raios X e raios gama), tornando-a indetectável para todos os nossos telescópios. Porque não sabemos, nem sabemos se é feito de átomos. E se sim, de que partículas serão feitos esses átomos?
A única coisa de que podemos ter certeza é que esta matéria escura existe e que há cinco vezes mais dela do que a matéria normal que podemos ver (que forma os planetas, estrelas e galáxias ao nosso redor) sobre a qual exerce uma influência gravitacional. A sua abundância foi determinada calculando a matéria “perdida” para explicar porque é que as estrelas e as galáxias se movem da forma como as vemos.
É claro que existem muitas teorias, mas nenhuma delas ainda foi comprovada. Uma das hipóteses mais comuns é que a matéria escura consiste nas chamadas partículas massivas de interação fraca, ou WIMPs, que são mais pesadas que os prótons, mas interagem muito pouco com outra matéria. Apesar disso, presume-se que quando dois WIMPs colidem entre si, eles se aniquilam e liberam outras partículas, entre as quais haverá fótons de raios gama que poderão ser detectados. Por esta razão, os investigadores passaram muitos anos a explorar o espaço em busca destes raios gama específicos.
Primeira detecção direta?
E agora o astrônomo japonês Tomonori Totani, da Universidade de Tóquio, acredita ter conseguido isso graças aos dados mais recentes do Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi da NASA. Se ele estiver certo, poderemos estar diante da primeira evidência direta da existência de matéria escura. Ou, em outras palavras, podemos estar “vendo” ela pela primeira vez. O trabalho de Totani acaba de ser publicado no Journal of Cosmology and Astroarticle Physics.
“Descobrimos”, diz o pesquisador, “raios gama com energias de fótons de 20 gigaelétron-volts (ou 20 bilhões de elétron-volts, uma quantidade extremamente grande de energia) que se estendiam em uma estrutura semelhante a um halo em direção ao centro da Via Láctea. “O componente de raios gama corresponde exatamente à forma esperada de um halo de matéria escura.”
Mapa de intensidade de raios gama cobrindo aproximadamente 100 graus até o centro da galáxia. A barra cinza horizontal corresponde a uma região do plano galáctico que foi excluída da análise para evitar fortes radiações astrofísicas que poderiam influenciar os resultados.
O espectro de energia observado, ou faixa de intensidades de raios gama, na verdade corresponde à emissão prevista a partir da aniquilação de hipotéticos WIMPs com uma massa cerca de 500 vezes a de um próton. A taxa de aniquilação WIMP estimada a partir da intensidade medida dos raios gama também se enquadra na faixa de previsões teóricas.
É importante notar que estas medições de raios gama não podem ser facilmente explicadas por outros fenómenos astronómicos mais comuns, nem por emissões típicas de raios gama. Por isso, Totani considera esses dados como fortes evidências da emissão de raios gama pela matéria escura, algo que vem sendo procurado há muitos anos.
Grande progresso
“Se isto for verdade”, diz Totani, “que eu saiba, esta será a primeira vez que a humanidade 'viu' a matéria escura. E acontece que a matéria escura é uma nova partícula que não está incluída no atual Modelo Padrão da física de partículas. “O que representa um avanço importante tanto na astronomia como na física.”
Na verdade, o Modelo Padrão, que inclui todas as partículas subatómicas existentes e descreve as quatro forças que as governam (eletromagnetismo, gravidade, forças nucleares fortes e fracas), não fornece qualquer visão sobre a matéria escura.
Agora, embora Totani esteja muito confiante de que as suas medições de raios gama provêm de facto de partículas de matéria escura, os seus resultados precisam de ser verificados através de análises independentes por outros investigadores. E mesmo com esta confirmação, os cientistas precisarão de mais provas de que a radiação detectada é de facto o resultado da aniquilação da matéria escura e não de algum outro fenómeno astronómico.
Evidências adicionais de colisões WIMP em outros locais que também possuem altas concentrações de matéria escura também fortaleceriam as descobertas deste estudo. Encontrar, por exemplo, a mesma emissão de raios gama noutras galáxias próximas e no halo da Via Láctea forneceria uma confirmação poderosa da análise de Totani. “Isso”, diz o cientista, “poderia ser alcançado assim que mais dados fossem acumulados e, se assim fosse, forneceria evidências ainda mais convincentes de que esses raios gama vêm de fato da matéria escura”.
