No centro das galáxias espirais – aquelas próximas de nós, mas também aquelas a bilhões de anos-luz de distância – há uma vasta região esférica composta de partículas de matéria escura. Esta região tem duas características definidoras: uma densidade que é constante até um certo raio que se expande surpreendentemente ao longo do tempo, enquanto a densidade diminui.
Isso sugere a existência de uma interação direta entre as partículas elementares que compõem o halo da matéria escura e aquelas que compõem a matéria comum – prótons, elétrons, nêutrons e fótons. Prevemos que essa hipótese está em conflito direto com a teoria atual predominante usada para descrever o universo – conhecida como Lambda-Cold Dark Matter – que postula que partículas de matéria escura fria são inertes e não interagem com nenhuma outra partícula, exceto gravitacionalmente.
Essas importantes descobertas foram relatadas em um novo estudo, publicado recentemente na revista Astronomy and Astrophysics, que estudou um grande número de galáxias distantes, a cerca de sete bilhões de anos-luz de distância. O estudo, conduzido por Gauri Sharma e Paolo Salucci do SISSA, juntamente com Glen Van de Ven da Universidade de Viena, deu uma nova olhada em um dos maiores mistérios da física moderna. Segundo os autores, esta nova pesquisa representa um passo à frente em nossa compreensão da matéria escura, o elemento indescritível em nosso universo que foi teorizado com base em seus efeitos demonstráveis nos corpos celestes, mas que ainda não foi comprovado diretamente. Isso apesar de qualquer número de observações e experimentos astrofísicos direcionados criados para esse fim em laboratórios subterrâneos dedicados.
Estudando a matéria escura em galáxias distantes
A matéria escura compõe aproximadamente 84% da massa do cosmos: “Sua presença dominante em todas as galáxias surge do fato de que as estrelas e o gás hidrogênio estão se movendo como se governados por um elemento invisível”, explica Gauri Sharma. Até agora, as tentativas de estudá-lo se concentraram em galáxias próximas à nossa: “Neste estudo, no entanto”, explica ela, “pela primeira vez, procuramos observar e determinar a distribuição da massa de galáxias espirais com a mesma morfologia daquelas próximas, mas muito mais distantes e, portanto, cerca de sete bilhões de anos mais cedo. A ideia é essencialmente que esses progenitores de galáxias espirais como a nossa podem oferecer pistas fundamentais sobre a natureza da partícula no coração do mistério de matéria escura.” Paolo Salucci acrescenta que “estudando o movimento das estrelas em aproximadamente 300 galáxias distantes, descobrimos que esses objetos também tinham um halo de matéria escura, e que, partindo do centro de uma galáxia, esse halo efetivamente tem uma região em cuja densidade é constante.” Esse traço já havia sido observado em estudos examinando galáxias próximas, alguns dos quais também obra do SISSA.
A nova pesquisa revelou, no entanto, que essa região central tinha algo totalmente inesperado no contexto do chamado “modelo padrão de cosmologia”. Sharma diz que “como resultado do contraste entre as propriedades das galáxias espirais próximas e distantes – isto é, entre as galáxias de hoje e seus ancestrais de sete bilhões de anos antes, pudemos ver que não só existe uma região inexplicável com uma densidade constante da matéria escura, mas também que suas dimensões aumentam ao longo do tempo como se estivessem sendo submetidas a um processo de expansão e diluição contínuas.” Esta evidência é muito difícil de ser explicada se as partículas de matéria escura não interagem, como postulado no modelo Lambda-CDM. “Na pesquisa que publicamos recentemente”, diz Sharma, “oferecemos evidências de interação direta entre matéria escura e matéria comum, que ao longo do tempo constrói lentamente uma região de densidade consistente do centro da galáxia para fora”. Mas há mais.
Um processo lento, mas inexorável
“Incrivelmente, a região acima com densidade constante se expande com o tempo. É um processo muito lento, mas inexorável”, afirma Salucci. Uma explicação possível” “O mais simples é que, no início, quando a galáxia se formou, a distribuição da matéria escura no halo esférico era a prevista pela teoria Lambda-CDM, com um pico de densidade no centro. Mais tarde, o disco galáctico que caracteriza galáxias espirais é formada, cercada por um halo de partículas de matéria escura extremamente densa. Esse processo criaria uma região esférica de densidade consistente dentro do halo de matéria escura, com dimensões que aumentam proporcionalmente ao longo do tempo e finalmente atingem as do disco estelar galáctico, conforme descrito no artigo em Astronomy and Astrophysics. “Os resultados do estudo levantam questões importantes para cenários alternativos que descrevem partículas de matéria escura (além de Lambda-CDM), como Matéria Escura Quente, Matéria Escura Autointerativa e Matéria Escura Ultra Leve”, diz Sharma.
“Esses modelos também devem levar em conta a clara evolução temporal registrada na região acima. As propriedades de galáxias muito distantes no espaço e no tempo oferecem aos cosmólogos uma porta de entrada genuína para a compreensão dos mistérios da matéria escura.” É interessante notar, “que, de acordo com a filosofia de Nietzsche, a verdade desse mistério pode ser revelada não detalhando o cenário mais bonito – aquele que é matematicamente mais elegante, simples e antecipado como uma expansão de teorias há muito verificadas”, mas sim através de um cenário “feio” determinado por uma fenomenologia observacional deselegante e complicada, a partir de uma teoria física negligenciada e completamente alheia ao que nos é familiar”, diz Salucci.
Publicado em 14/02/2022 10h42
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