Um astrofísico da University of Colorado Boulder está procurando na luz que vem de um objeto celeste distante e extremamente poderoso, o que pode ser a substância mais evasiva do universo: matéria escura.
Em dois estudos recentes, Jeremy Darling, professor do Departamento de Ciências Astrofísicas e Planetárias, examinou profundamente o PSR J1745-2900. Este corpo é um magnetar, ou um tipo de estrela em colapso que gera um campo magnético incrivelmente forte.
“É o melhor detector natural de matéria escura que conhecemos”, disse Darling, também do Centro de Astrofísica e Astronomia Espacial (CASA) em CU Boulder.
Ele explicou que a matéria escura é uma espécie de cola cósmica – uma partícula ainda não identificada que constitui cerca de 27% da massa do universo e ajuda a unir galáxias como a nossa Via Láctea. Até o momento, a maioria dos cientistas liderou a caça a essa matéria invisível usando equipamentos de laboratório.
Darling adotou uma abordagem diferente em sua pesquisa mais recente: com base nos dados do telescópio, ele está examinando o PSR J1745-2900 para ver se consegue detectar os sinais fracos de um candidato a matéria escura – uma partícula chamada axion – transformando-se em luz. Até agora, a pesquisa do cientista não deu em nada. Mas seus resultados podem ajudar os físicos que trabalham em laboratórios de todo o mundo a restringir suas próprias caças ao áxion.
Os novos estudos também são um lembrete de que os pesquisadores ainda podem olhar para o céu para resolver algumas das questões mais difíceis da ciência, disse Darling. Ele publicou sua primeira rodada de resultados este mês no Astrophysical Journal Letters and Physical Review Letters.
“Na astrofísica, encontramos todos esses problemas interessantes como matéria escura e energia escura, então recuamos e deixamos os físicos resolvê-los”, disse ele. “É uma vergonha.”
Experimento natural
Darling quer mudar isso – neste caso, com uma ajudinha do PSR J1745-2900.
Este magnetar orbita o buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea a uma distância de menos de um ano-luz de distância. E é uma força da natureza: o PSR J1745-2900 gera um campo magnético que é aproximadamente um bilhão de vezes mais poderoso do que o ímã mais poderoso da Terra.
“Os magnetares têm todo o campo magnético de uma estrela, mas foi reduzido a uma área de cerca de 20 quilômetros de diâmetro”, disse Darling.
E é onde Darling foi pescar matéria escura.
Ele explicou que os cientistas ainda não localizaram um único áxion, uma partícula teórica proposta pela primeira vez na década de 1970. Os físicos, no entanto, prevêem que esses fragmentos efêmeros de matéria podem ter sido criados em números monumentais durante o início da vida do universo – e em quantidades grandes o suficiente para explicar a massa extra do cosmos a partir da matéria escura. De acordo com a teoria, os axions são bilhões ou mesmo trilhões de vezes mais leves do que os elétrons e raramente interagem com seus arredores.
Isso os torna quase impossíveis de serem observados, com uma grande exceção: se um axion passa por um campo magnético forte, ele pode se transformar em luz que os pesquisadores poderiam, teoricamente, detectar.
Cientistas, incluindo uma equipe da JILA no campus de CU Boulder, usaram campos magnéticos gerados em laboratório para tentar capturar essa transição em ação. Darling e outros cientistas tiveram uma ideia diferente: por que não tentar a mesma pesquisa, mas em uma escala muito maior?
“Os magnetares são os objetos mais magnéticos que conhecemos no universo”, disse ele. “Não temos como chegar perto dessa força no laboratório.”
Chegando mais perto
Para fazer uso desse campo magnético natural, Darling baseou-se em observações do PSR J1745-2900 feitas pelo Karl G. Jansky Very Large Array, um observatório no Novo México. Se o magnetar estava, de fato, transformando axions em luz, essa metamorfose poderia aparecer na radiação que emerge da estrela em colapso.
O esforço é um pouco como procurar uma única agulha em um palheiro muito, muito grande. Darling disse que, embora os teóricos tenham colocado limites sobre o quão pesados os áxions podem ser, essas partículas ainda podem ter uma ampla gama de massas possíveis. Cada uma dessas massas, por sua vez, produziria luz com um comprimento de onda específico, quase como uma impressão digital deixada pela matéria escura.
Darling ainda não detectou nenhum desses comprimentos de onda distintos na luz que vem do magnetar. Mas ele foi capaz de usar as observações para sondar a possível existência de axions na mais ampla gama de massas até então – nada mal para sua primeira tentativa. Ele acrescentou que essas pesquisas podem complementar o trabalho que está acontecendo em experimentos baseados na Terra.
Konrad Lehnert concordou. Ele é parte de um experimento liderado pela Universidade de Yale – chamado, não surpreendentemente, de HAYSTAC – que está procurando axions usando campos magnéticos criados em laboratórios em todo o país.
Lehnert explicou que estudos astrofísicos como o de Darling poderiam atuar como uma espécie de batedor na caça aos axions – identificando sinais interessantes à luz dos magnetares, que os pesquisadores de laboratório poderiam então explorar com muito maior precisão.
“Esses experimentos bem controlados seriam capazes de identificar quais sinais astrofísicos podem ter origem na matéria escura”, disse Lehnert, um membro do JILA, um instituto de pesquisa conjunto entre CU Boulder e o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST )
Darling planeja continuar sua própria busca, o que significa olhar ainda mais de perto o magnetar no centro de nossa galáxia: “Precisamos preencher essas lacunas e ir ainda mais fundo.”
Publicado em 30/09/2020 10h02
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