Acredita-se que a matéria escura, um material hipotético que não absorve, emite ou reflete luz, seja responsável por mais de 80% da matéria no universo. Embora muitos estudos tenham sugerido indiretamente sua existência, até agora, os físicos não conseguiram detectar diretamente a matéria escura e, assim, determinar com confiança em que ela consiste.
Um fator que torna a busca por matéria escura particularmente desafiadora é que muito pouco se sabe sobre sua possível massa e composição. Isso significa que as pesquisas de matéria escura são baseadas em grande parte em hipóteses e suposições teóricas.
Pesquisadores do SLAC National Accelerator Laboratory e da Université Paris Saclay realizaram recentemente um estudo teórico que pode introduzir uma nova maneira de pesquisar a matéria escura. Seu artigo, publicado na Physical Review Letters, mostra que quando a matéria escura macroscópica viaja através de uma estrela, ela pode produzir ondas de choque que podem atingir a superfície da estrela. Essas ondas, por sua vez, podem levar a emissões ópticas, UV e raios-X distintas e transitórias que podem ser detectadas por telescópios sofisticados.
“A maioria dos experimentos pesquisou matéria escura feita de partículas separadas, cada uma tão pesada quanto um núcleo atômico, ou aglomerados tão massivos quanto planetas ou estrelas”, disse Kevin Zhou, um dos pesquisadores que realizaram o estudo, ao Phys.org . “Estávamos interessados no caso intermediário de matéria escura do tamanho de asteroides, que se pensava ser difícil de testar experimentalmente, já que os asteroides escuros seriam muito raros para impactar a Terra, mas pequenos demais para serem vistos no espaço”.
Inicialmente, Zhou e seus colegas começaram a explorar a possibilidade de que o calor produzido durante o impacto entre um asteroide de matéria escura e uma estrela comum pudesse resultar na explosão da estrela. Essa hipótese foi baseada em estudos anteriores sugerindo que a deposição de energia às vezes pode desencadear supernovas em anãs brancas. Após algumas semanas de cálculos e discussões, no entanto, a equipe percebeu que o impacto entre um asteroide de matéria escura e uma estrela comum provavelmente não levaria a uma explosão, já que as estrelas comuns são mais estáveis que as anãs brancas.
“Tínhamos um palpite de que a energia produzida por tal colisão deveria ser visível de alguma forma, então fizemos um brainstorming por alguns meses, tentando e jogando fora ideia após ideia”, explicou Zhou. “Finalmente, percebemos que as ondas de choque geradas pela viagem do asteroide escuro através da estrela eram a assinatura mais promissora”.
As ondas de choque são sinais nítidos que são produzidos quando um objeto está se movendo mais rápido que a velocidade do som. Por exemplo, uma aeronave supersônica produz um estrondo sônico, que pode ser ouvido da superfície da Terra mesmo quando está voando quilômetros acima dela.
Da mesma forma, Zhou e seus colegas previram que as ondas de choque produzidas por asteróides escuros nas profundezas de uma estrela poderiam atingir a superfície de uma estrela. Isso, por sua vez, resultaria em um ponto quente de curta duração que poderia ser detectado usando telescópios que podem examinar o espectro UV.
“Estamos empolgados por termos identificado uma nova maneira poderosa de procurar um tipo de matéria escura considerada difícil de testar, usando telescópios que já temos de uma maneira inesperada”, disse Zhou. “O telescópio UV mais poderoso é o telescópio espacial Hubble, mas como os eventos de choque estelar são transitórios, ajuda a monitorar mais do céu de uma só vez.”
O estudo recente segue uma tendência crescente dentro da comunidade astrofísica de usar objetos astronômicos como enormes detectores de matéria escura. Essa abordagem promissora para a busca de matéria escura une os campos da física de partículas e da astrofísica, aproximando essas duas comunidades.
No futuro, o trabalho recente dessa equipe de pesquisadores pode inspirar engenheiros a construir telescópios UV novos e menores que possam observar partes mais amplas do universo. Um telescópio semelhante, apelidado de ULTRASAT, já está programado para ser lançado em 2024. Usando este telescópio, os físicos poderiam tentar procurar matéria escura examinando superfícies estelares. Em seus próximos trabalhos, os próprios pesquisadores planejam tentar detectar possíveis eventos de impacto de asteróides escuros usando dados do telescópio UV.
“O caso ideal seria usar o telescópio espacial Hubble para monitorar um grande aglomerado globular no UV”, disse Zhou. “Também seria interessante considerar asteróides escuros impactando outros objetos astronômicos. Desde o nosso trabalho, existem artigos de outros considerando impactos em estrelas de nêutrons e gigantes vermelhas, mas provavelmente há ideias ainda mais promissoras nessa direção que ninguém pensou em ainda.”
Publicado em 02/02/2022 09h57
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