Fermi Detecta Possível Sinal de Matéria Negra

Uma equipa de físicos e astrofísicos do Fermilab, da Universidade de Harvard, do MIT e da Universidade de Chicago, utilizaram dados recolhidos pelo observatório espacial Fermi para mapear as emissões de raios gama provenientes da região do núcleo da Via Láctea. Os novos mapas, os mais precisos obtidos até à data, mostram que essa região da galáxia emite mais radiação gama do que é possível explicar através das contribuições individuais de fontes conhecidas como por exemplo pulsares, sistemas binários de alta energia e colisões de raios cósmicos no gás interestelar.

Este excesso de emissão não é de todo inesperado, podendo ser uma manifestação subtil da matéria negra que, de acordo com os mais recentes resultados do Observatório Planck, constitui cerca de 84.5% da matéria total do Universo – os restantes 15.5% constituem a matéria normal, a face visível do Universo. A existência da matéria negra foi estabelecida de forma robusta ao longo de décadas e sabe-se hoje que as galáxias estão envolvidas por um halo gigante constituído por matéria negra. Os seus efeitos gravitacionais são evidentes nos movimentos das estrelas nas galáxias e das galáxias dentro dos enxames.

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A matéria negra interage com a matéria normal através da força nuclear fraca (de curto alcance e responsável, por exemplo, pela radioactividade) e da força da gravidade, o que dificulta a realização de experiências com o intuito de determinar a sua natureza. De facto, até à data ainda não foi possível identificar os seus constituintes. De acordo com algumas teorias, a matéria negra é constituída por partículas designadas de WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles), que têm a particularidade de, em caso de colisão, se aniquilarem, produzindo raios gama potencialmente detectáveis pelo telescópio LAT (Large Area Telescope) do Observatório Fermi.

WIMPs

O centro da Via Láctea contém a maior concentração de massa da galáxia e por isso, devido à forte influência gravitacional, deverá conter também a maior concentração de matéria negra no halo que a envolve. Isto implica que nessa região a probabilidade de colisão entre WIMPs, caso existam, seja mais elevada. Os cientistas, baseados neste pressuposto, estudaram em pormenor a emissão proveniente dessa região e eliminaram sistematicamente as fontes de radiação gama que podiam ser identificadas. No final, o mapa que obtiveram mostra ainda um claro excesso de radiação gama com energias entre 1 e 3.6 GeV (Giga electrão-Volt) que se estende até pelo menos 5 mil anos-luz do centro da galáxia. Nas palavras de Dan Hooper, um astrofísico do Fermilab, e um dos autores do estudo: “O sinal que identificámos não pode ser explicado pelas teorias alternativas existentes e coincide de forma precisa com as previsões de modelos muito simples para a matéria negra [que envolvem WIMPs]”. De facto, com base na distribuição espectral da radiação gama observada, na simetria da sua distribuição e na luminosidade total, os autores deduzem que as partículas originais de matéria negra deveriam ter uma massa entre os 31 e os 40 GeV. Tais partículas seriam facilmente produzidas pelo LHC mas a sua detecção seria quase impossível.

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Este estudo não demonstra que a matéria negra é constituída por partículas com as características dos WIMPs, apenas que existe um excesso de radiação gama no centro da Via Láctea que pode ser explicado de forma convincente pela existência destas partículas. Esta é uma das áreas mais “quentes” da física e astrofísica e existem várias experiências em curso que tentam detectar pela primeira vez estas partículas e medir as suas propriedades. O artigo com estes resultados foi publicado na revista Physical Review D. A notícia original pode ser lida aqui.

5 comentários

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    • Antonio Costa on 04/04/2014 at 01:46
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    Sr Luis Lopes. A matéria negra (aqui no Brasil chamamos de matéria escura) está igualmente distribuída em todo o universo, ou ela tem concentrações proporcionais às massas do ambiente observado? Ou estaria a ciencia com conhecimento ainda incipiente sobre isso? Poderia ser a materia negra apenas a influencia sobre o nosso universo de massas de um outro multiverso? (uma das outras dimensões ocultas, Teoria das Cordas).

    1. Não, não tem nada a ver com outros universos ou dimensões.

      A matéria negra existe em muito maior quantidade que a matéria normal.
      http://www.astropt.org/2013/04/03/mapa-detalhado-do-universo-quando-ele-era-uma-crianca-mostra-que-o-universo-e-mais-velho-e-com-mais-materia/

      Ela estará distribuída pelo Universo como está a matéria normal: em certos locais existe mais matéria negra do que em outros locais.

      A matéria negra não está nos locais de modo proporcional à matéria normal.

      abraços

    2. Olá António,

      A matéria negra tem variações de densidade no Universo, tal como a matéria normal. Como interage apenas através da gravidade com a matéria normal, as duas tenderão a acumular-se nos mesmos locais. De facto, no modelo Lambda-CDM, o mais bem sucedido para explicar a evolução e situação presente do Universo, as concentrações de matéria negra no Universo primordial têm um papel fundamental como sementes para a formação de galáxias.

      Ainda relativamente a outro ponto da sua mensagem, uma das teorias que tenta explicar a matéria negra no Universo advoga precisamente que se trata de matéria num outro Universo, muito próximo de nós mas ocupando outras dimensões, cuja influência gravitacional nós observamos e atribuímos à “matéria negra”. Nessa teoria a gravidade é a única força cuja acção é sentida nas diferentes dimensões. Isso explicaria também a aparente fraqueza da gravidade relativamente às outras forças. Nessa teoria, no entanto, o excesso de emissão de raios gama de que fala o artigo não deveria acontecer.

        • Francisco on 05/04/2014 at 00:53

        Boa noite,

        Na hipótese da matéria negra ser a matéria de outro outros universos, parece-me possível, dado que o incremento de raios gama talvez pode-se ter origem na formação de electricidade estática pelo contacto entre universo, como “relâmpagos” produzidos por esse atrito. Com esta hipótese pelo contrário onde os universos eram mais densos haveria mais interacção e mais electricidade estática revelada pelos raios gama.

        Cumprimentos

        Abraço ao Astro

      1. Outros Universos são pura especulação.

        Atualmente é a mesma coisa que dizer que são os extraterrestres que a fazem, e depois construir uma explicação por cenário a partir disso.

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