No início da década de 1930, o astrônomo suíço Fritz Zwicky observou que muitas galáxias se moviam muito mais rápido do que a massa visível permitiria. Esse movimento incomum levou-o a propor que algum tipo de estrutura invisível — matéria escura — estava fornecendo a força gravitacional extra necessária para manter essas galáxias intactas. Quase um século depois, o Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi da NASA pode ter capturado a primeira evidência direta desta substância misteriosa, oferecendo a possibilidade de finalmente “ver” a matéria escura.
A matéria escura continua sendo um dos maiores mistérios da astronomia desde que foi sugerida pela primeira vez. Até agora, os cientistas só conseguiram estudá-la indiretamente, observando como afeta a matéria comum, como a forma como produz gravidade suficiente para manter as galáxias unidas. A detecção direta não foi possível porque as partículas de matéria escura não interagem com a força eletromagnética — ou seja, não absorvem, refletem ou emitem luz.
A Hipótese WIMP e os Raios Gama Preditos
Numerosos pesquisadores acreditam que a matéria escura é composta por partículas massivas fracamente interagentes, ou WIMPs. Acredita-se que essas partículas sejam mais pesadas que prótons e interajam de tal forma com a matéria normal que são extremamente difíceis de detectar. No entanto, a teoria sugere que, quando duas WIMPs colidem, elas se aniquilam e liberam partículas energéticas, incluindo fótons de raios gama.
Cientistas passaram anos examinando regiões onde a matéria escura deve estar concentrada, especialmente no centro da Via Láctea, à procura desses raios gama específicos. Usando novos dados do Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi, o Professor Tomonori Totani da Universidade de Tóquio agora acredita ter identificado o sinal de raio gama previsto associado à aniquilação de partículas de matéria escura.
As descobertas de Totani foram publicadas no Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
Um Halo de Raios Gama de 20 GeV Perto do Centro da Via Láctea
“Detectamos raios gama com uma energia de fóton de 20 gigaeletronvolts (ou 20 bilhões de eletronvolts, uma quantidade de energia extremamente alta) se estendendo em uma estrutura em forma de halo em direção ao centro da galáxia Via Láctea. O componente de emissão de raios gama coincide de perto com a forma esperada do halo de matéria escura,” disse Totani.
O espectro de energia dos raios gama medidos, que descreve como a intensidade da emissão varia, corresponde de perto às previsões do modelo para a aniquilação de WIMPs hipotéticos com massas aproximadamente 500 vezes superiores à do próton. A frequência estimada desses eventos de aniquilação baseada na intensidade dos raios gama observados também se encaixa dentro das faixas teóricas esperadas.
Avaliação da Possibilidade de um Grande Avanço
Totani explica que o padrão de raios gama não pode ser facilmente associado a outras fontes conhecidas ou a processos astrofísicos mais comuns. Por causa disso, ele considera os dados como um forte candidato à emissão de raios gama da tão procurada matéria escura.
“Se isso estiver correto, até onde sei, seria a primeira vez que a humanidade ‘veria’ a matéria escura. E, por sua vez, resulta que a matéria escura é uma nova partícula não incluída no atual modelo padrão da física de partículas. Isso representa um grande avanço na astronomia e na física,” disse Totani.
Próximos Passos e Verificação Independente
Embora Totani esteja confiante em sua análise, ele enfatiza que a confirmação independente é essencial. Outros pesquisadores precisarão revisar os dados para verificar se a radiação em forma de halo realmente resulta da aniquilação de matéria escura em vez de outra fonte astrofísica.
Apoio adicional poderia vir da descoberta do mesmo sinal de raios gama em outras regiões ricas em matéria escura. As galáxias anãs que orbitam dentro do halo da Via Láctea são consideradas especialmente promissoras. “Isso pode ser alcançado assim que mais dados forem acumulados e, se assim for, proporcionaria uma evidência ainda mais forte de que os raios gama se originam da matéria escura,” disse Totani.
Financiamento: Este trabalho foi apoiado pela JSPS/MEXT KAKENHI Grant Number 18K03692.
