Cientistas reduzem a massa da matéria escura

Uma visão do universo da NASA

Esta é uma visão do universo do Telescópio Espacial Fermi Gamma-ray da NASA. Os físicos da Brown University estudaram sete galáxias anãs (circuladas em branco). Suas observações indicam que essas galáxias estão cheias de matéria escura porque o movimento de suas estrelas não pode ser explicado apenas por sua massa, tornando-as lugares ideais para procurar sinais de aniquilação de matéria escura. (Crédito da imagem: NASA / DOE / Fermi-LAT Collaboration / Koushiappas e Geringer-Sameth / Brown University)

Os físicos estabeleceram o limite mais preciso até então para a massa de matéria escura, a substância misteriosa e elusiva que se pensa representar 98 por cento de toda a matéria no universo e quase um quarto de sua massa total.

Os pesquisadores usaram dados do Telescópio Espacial Fermi Gamma-ray da NASA para definir parâmetros sobre a massa de partículas de matéria escura calculando a taxa em que eles parecem colidir com seus parceiros de antimatéria e se aniquilarem em galáxias que orbitam nossa Via Láctea.



Savvas Koushiappas, professor assistente no departamento de física da Brown University, e o estudante de graduação Alex Geringer-Sameth descobriram que as partículas de matéria escura devem ter uma massa maior do que 40 giga-elétron-volts (GeV) - aproximadamente 42 vezes a massa de um próton .

'O que descobrimos é que se a massa de uma partícula é inferior a 40 GeV, então não pode ser a partícula de matéria escura', disse Koushiappas em um comunicado.

Os detalhes do estudo serão publicados na edição de 1º de dezembro da revista Physical Review Letters.

Lançando dúvidas sobre as descobertas anteriores

Os resultados questionam as recentes descobertas de experimentos subterrâneos que relataram a detecção potencial de matéria escura, disseram os pesquisadores.

Esses experimentos alegaram ter encontrado partículas de matéria escura com massas variando de 7 a 12 GeV, o que é significativamente menor do que o limite determinado pelo novo estudo. [ Física distorcida: 7 descobertas incríveis ]

A matéria escura é invisível e os cientistas há muito tentam em vão detectar diretamente as partículas misteriosas. Mas, como a matéria escura tem massa, sua presença é inferida com base na atração gravitacional que exerce sobre a matéria regular.

Mas é mais complicado do que isso. Na década de 1920, o astrônomo Edwin Hubble descobriu que o universo não é estático, mas em expansão. Mais de 70 anos depois, observações do Telescópio Espacial Hubble, que recebeu o nome do astrônomo, descobriram que o universo estava se expandindo em um ritmo muito mais rápido do que antes.

Os cosmologistas acreditam que uma força misteriosa chamada energia escura está por trás dessa aceleração intrigante. A energia escura, como a matéria escura, não foi detectada diretamente, mas acredita-se que seja a força que separa o cosmos em velocidades cada vez maiores.

'Se, para fins de argumentação, a massa de uma partícula de matéria escura é inferior a 40 GeV, isso significa que a quantidade de matéria escura no universo hoje seria tanta que o universo não estaria se expandindo na taxa acelerada que observamos,' Koushiappas disse.

Nosso universo complicado

Acredita-se que a energia escura represente 73% da massa e energia total do universo. A matéria escura é responsável por 23%, o que deixa apenas 4% do universo composto da matéria regular que pode ser vista, como estrelas, planetas, galáxias e pessoas.

Mas porque nem matéria escura nem energia escura foi detectado diretamente, eles permanecem conceitos não comprovados.

Em pelo menos um aspecto, acredita-se que a matéria escura se comporte como a matéria normal: quando uma partícula de matéria escura encontra seu parceiro de antimatéria compatível, elas devem se destruir. A antimatéria é irmã da matéria normal; Pensa-se que existe uma partícula parceira de antimatéria para cada partícula de matéria, com a mesma massa, mas com carga oposta.

Os cientistas suspeitam que a matéria escura é feita de partículas chamadas WIMPs ('partículas massivas de interação fraca'). Quando um WIMP e sua antipartícula colidem, eles devem se aniquilar.

Para examinar a massa de matéria escura, Koushiappas e Geringer-Sameth basicamente inverteram o processo de aniquilação. Os pesquisadores observaram sete galáxias anãs que são consideradas cheias de matéria escura porque o movimento das estrelas dentro delas não pode ser totalmente explicado apenas por sua massa.

Uma vez que essas galáxias anãs também contêm muito menos gás hidrogênio e outra matéria regular, elas ajudam a pintar uma imagem mais clara da matéria escura e seus efeitos, disse Koushiappas.

Os físicos trabalharam retroativamente usando dados dos últimos três anos coletados pelo telescópio Fermi, que observa o universo em raios gama de alta energia. Ao medir o número de partículas de luz, chamadas fótons, nas galáxias, os cientistas calcularam retroativamente para deduzir com que frequência partículas chamadas quarks são produzidas, que são produtos da reação de aniquilação WIMP-anti-WIMP.

Isso permitiu aos físicos estabelecerem limites para a massa das partículas de matéria escura e a taxa com que elas se aniquilam.

'Este é um momento muito emocionante para a pesquisa de matéria escura, porque muitas ferramentas experimentais estão finalmente alcançando teorias antigas sobre o que a matéria escura realmente é', disse Geringer-Sameth em um comunicado. 'Estamos começando a realmente colocar essas teorias à prova.'

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