Os astrônomos propuseram um novo modelo para o material invisível que compõe a maior parte da matéria no Universo. Eles estudaram se uma porção de partículas que compõem a matéria escura pode ter uma pequena carga elétrica. "No entanto, esta carga elétrica estaria na menor das escalas", disse Julian Munoz, da Universidade de Harvard, em Cambridge, Massachusetts, que liderou o estudo publicado na revista Nature.
Munoz e seu colaborador, Avi Loeb, do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian (CfA) em Cambridge, Massachusetts, exploram a possibilidade de que essas partículas de matéria escura carregadas interajam com a matéria normal pela força eletromagnética.
Seu estudo se encaixa com um resultado recentemente anunciado do Experimento para Detectar a Assinatura Global da Época da Reionização (EDGES, na sigla em inglês). Em fevereiro, cientistas deste projeto disseram ter detectado a assinatura de rádio da primeira geração de estrelas e possíveis evidências de interação entre matéria escura e matéria normal.
"Somos capazes de contar uma história fundamental da física com nosso estudo, independentemente de como você interprete o resultado do EDGES", disse Loeb, que é o diretor do departamento de astronomia de Harvard. "A natureza da matéria escura é um dos maiores mistérios da ciência e precisamos usar quaisquer novos dados relacionados para lidar com isso."
A história começa com as primeiras estrelas, que emitem luz ultravioleta (UV). De acordo com o cenário comumente aceito, essa luz ultravioleta interagia com átomos de hidrogênio frios no gás entre as estrelas e permitia que eles absorvessem a radiação cósmica de fundo de microondas (CMB), a radiação remanescente do Big Bang.
Essa absorção deve ter levado a uma queda na intensidade do CMB durante esse período, que ocorre menos de 200 milhões de anos após o Big Bang. A equipe do EDGES alegou detectar evidências para essa absorção da luz do CMB, embora isso ainda não tenha sido verificado independentemente por outros cientistas. No entanto, a temperatura do gás hidrogênio nos dados do EDGES é cerca de metade do valor esperado.
"O que poderia explicar a detecção, pelo EDGES, de gás hidrogênio mais frio que o esperado durante esse período?" disse Munoz. "Uma possibilidade é que o hidrogênio foi resfriado pela matéria escura."
No momento em que a radiação CMB está sendo absorvida, os elétrons livres ou prótons associados à matéria comum teriam se movido na velocidade mais lenta possível . Dispersão de partículas carregadas é mais eficaz em baixas velocidades.
Portanto, quaisquer interações entre a matéria normal e a matéria escura durante este tempo seriam mais fortes se algumas das partículas de matéria escura fossem carregadas. Essa interação faria com que o gás hidrogênio esfriasse porque a matéria escura é fria, deixando potencialmente uma assinatura observacional como aquela reivindicada pelo projeto EDGES.
"Estamos admitindo a possibilidade de que partículas de matéria escura carreguem uma pequena carga elétrica - igual a um milionésimo de um elétron - através de sinais mensuráveis da aurora cósmica", disse Loeb. "Essas cargas minúsculas são impossíveis de observar mesmo com os maiores aceleradores de partículas".
Apenas pequenas quantidades de matéria escura com carga elétrica fraca podem explicar os dados do EDGES e evitar desacordo com outras observações. Se a maior parte da matéria escura estiver carregada, essas partículas teriam sido desviadas de regiões próximas ao disco de nossa própria galáxia e impedidas de entrar novamente. Isto entra em conflito com observações que mostram que grandes quantidades de matéria escura estão localizadas perto do disco da Via Láctea.
Os cientistas sabem, a partir de observações do CMB, que prótons e elétrons se combinaram no início do Universo para formar átomos neutros. Apenas uma pequena fração dessas partículas carregadas, cerca de uma em algumas milhares, permaneceu livre. Munoz e Loeb estão considerando a possibilidade de que a matéria escura tenha agido de maneira semelhante. Os dados do EDGES, e experimentos semelhantes, podem ser a única maneira de detectar as poucas partículas de matéria escura carregadas restantes, já que a maior parte da matéria escura seria neutra.
"O espaço de parâmetro viável para este cenário é bastante restrito, mas se confirmado por observações futuras, é claro que estaríamos aprendendo algo fundamental sobre a natureza da matéria escura, um dos maiores enigmas que temos hoje na física", disse Cora Dvorkin, de Harvard, que não estava envolvida no novo estudo.
Lincoln Greenhill também do CfA está atualmente testando a alegação observacional da equipe EDGES. Ele lidera o projeto Experiência de Abertura Grande para Detectar a Idade das Trevas (LEDA, na sigla em inglês), que usa o Long Wavelength Array em Owen's Valley, Califórnia, e Socorro, Novo México.
Fonte: Space Daily via CfA
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