doi.org/10.3847/2041-8213/ad0e09
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#Matéria Escura
Pensa-se que constitua 85% da matéria do universo, a matéria escura não é luminosa e a sua natureza não é bem compreendida. Embora a matéria normal absorva, reflita e emita luz, a matéria escura não pode ser vista diretamente, tornando-a mais difícil de detectar. Uma teoria chamada “matéria escura autointeragente”, ou SIDM, propõe que as partículas de matéria escura interagem automaticamente através de uma força escura, colidindo fortemente umas com as outras perto do centro de uma galáxia.
Em trabalho publicado no The Astrophysical Journal Letters, uma equipe de pesquisa liderada por Hai-Bo Yu, professor de física e astronomia na Universidade da Califórnia, em Riverside, relata que o SIDM pode explicar simultaneamente dois quebra-cabeças astrofísicos em extremos opostos.
“O primeiro é um halo de matéria escura de alta densidade em uma enorme galáxia elíptica”, disse Yu. “O halo foi detectado através de observações de fortes lentes gravitacionais, e sua densidade é tão alta que é extremamente improvável na teoria predominante da matéria escura fria. A segunda é que os halos de matéria escura de galáxias ultradifusas têm densidades extremamente baixas e são difícil de explicar pela teoria da matéria escura fria.”
Um halo de matéria escura é o halo de matéria invisível que permeia e circunda uma galáxia ou aglomerado de galáxias. As lentes gravitacionais ocorrem quando a luz que viaja pelo universo vinda de galáxias distantes se curva em torno de objetos massivos. O paradigma/teoria da matéria escura fria, ou CDM, pressupõe que as partículas da matéria escura não têm colisões. Como o próprio nome sugere, as galáxias ultradifusas têm luminosidade extremamente baixa e a distribuição das suas estrelas e gás é espalhada.
Yu foi acompanhado no estudo por Ethan Nadler, pesquisador de pós-doutorado nos Observatórios Carnegie e na Universidade do Sul da Califórnia, e Daneng Yang, pesquisador de pós-doutorado na UCR.
Para mostrar que o SIDM pode explicar os dois quebra-cabeças astrofísicos, a equipe conduziu as primeiras simulações de alta resolução da formação de estruturas cósmicas com fortes autointerações de matéria escura em escalas de massa relevantes para o forte halo de lente e galáxias ultradifusas.
“Essas autointerações levam à transferência de calor no halo, o que diversifica a densidade do halo nas regiões centrais das galáxias”, disse Nadler. “Por outras palavras, alguns halos têm densidades centrais mais altas, e outros têm densidades centrais mais baixas, em comparação com os seus homólogos do MDL, com detalhes dependendo da história da evolução cósmica e do ambiente de halos individuais.”
De acordo com a equipe, os dois quebra-cabeças representam um desafio formidável ao paradigma padrão do MDL.
“O CDM tem o desafio de explicar esses enigmas”, disse Yang. “O SIDM é indiscutivelmente o candidato convincente para reconciliar os dois extremos opostos. Não há outras explicações disponíveis na literatura. Agora existe uma possibilidade intrigante de que a matéria escura possa ser mais complexa e vibrante do que esperávamos.”
A pesquisa também demonstra o poder de sondar a matéria escura por meio de observações astrofísicas, com a ferramenta de simulações computacionais da formação de estruturas cósmicas.
“Esperamos que nosso trabalho incentive mais estudos nesta área de pesquisa promissora”, disse Yu. “Será um desenvolvimento particularmente oportuno, dado o influxo esperado de dados num futuro próximo de observatórios astronómicos, incluindo o Telescópio Espacial James Webb e o próximo Observatório Rubin.”
Desde cerca de 2009, o trabalho de Yu e colaboradores ajudou a popularizar o SIDM nas comunidades de física de partículas e astrofísica.
Publicado em 06/01/2024 18h00
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