Estudar um relógio atômico a bordo de uma espaçonave dentro da órbita de Mercúrio e muito perto do Sol pode ser o truque para descobrir a natureza da matéria escura, sugere um novo estudo publicado na Nature Astronomy.
A matéria escura representa mais de 80% da massa do universo, mas até agora escapou da detecção na Terra, apesar de décadas de esforços experimentais. Um componente-chave dessas pesquisas é uma suposição sobre a densidade local da matéria escura, que determina o número de partículas de matéria escura que passam pelo detector a qualquer momento e, portanto, a sensibilidade experimental. Em alguns modelos, essa densidade pode ser muito maior do que normalmente se supõe, e a matéria escura pode se tornar mais concentrada em algumas regiões do que em outras.
Uma classe importante de buscas experimentais são aquelas que usam átomos ou núcleos, porque estes alcançaram uma sensibilidade incrível a sinais de matéria escura. Isso é possível, em parte, porque quando as partículas de matéria escura têm massas muito pequenas, elas induzem oscilações nas próprias constantes da natureza. Essas oscilações, por exemplo na massa do elétron ou na força de interação da força eletromagnética, modificam as energias de transição de átomos e núcleos de maneiras previsíveis.
Uma equipe internacional de pesquisadores, o pesquisador do projeto do Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU) Joshua Eby, da Universidade da Califórnia, Irvine, o bolsista de pós-doutorado Yu-Dai Tsai e a professora Marianna S. Safronova da Universidade de Delaware, viram potencial nestes sinais oscilantes. Eles alegaram que em uma determinada região do Sistema Solar, entre a órbita de Mercúrio e o Sol, a densidade da matéria escura pode ser excessivamente grande, o que significaria uma sensibilidade excepcional aos sinais oscilantes.
Esses sinais poderiam ser captados por relógios atômicos, que operam medindo cuidadosamente a frequência dos fótons emitidos nas transições de diferentes estados nos átomos. A matéria escura ultraleve nas proximidades do experimento do relógio pode modificar essas frequências, pois as oscilações da matéria escura aumentam ligeiramente e diminuem a energia do fóton.
“Quanto mais matéria escura houver ao redor do experimento, maiores serão essas oscilações, então a densidade local da matéria escura é muito importante ao analisar o sinal”, disse Eby.
Embora a densidade precisa da matéria escura perto do Sol não seja bem conhecida, os pesquisadores argumentam que mesmo uma pesquisa de sensibilidade relativamente baixa pode fornecer informações importantes.
A densidade da matéria escura é limitada apenas no Sistema Solar por informações sobre as órbitas dos planetas. Na região entre o Sol e Mercúrio, o planeta mais próximo do Sol, quase não há constrangimento. Portanto, uma medição a bordo de uma espaçonave pode revelar rapidamente os limites mundiais da matéria escura nesses modelos.
A tecnologia para colocar sua teoria à prova já existe. Eby diz que a Parker Solar Probe da NASA, que opera desde 2018 com a ajuda de blindagem, viajou mais perto do Sol do que qualquer nave feita pelo homem na história e atualmente está operando dentro da órbita de Mercúrio, com planos de se mover ainda mais. mais perto do Sol dentro de um ano.
Os relógios atômicos no espaço já são bem motivados por muitas razões além da busca por matéria escura.
“Missões espaciais de longa distância, incluindo possíveis missões futuras a Marte, exigirão cronometragem excepcional, como seria fornecido por relógios atômicos no espaço. Uma possível missão futura, com blindagem e trajetória muito parecida com a Parker Solar Probe, mas carregando um aparato de relógio atômico, poderia ser suficiente para realizar a busca”, disse Eby.
Publicado em 03/01/2023 19h54
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