Cientistas podem desvendar mistério da matéria escura

Fonte: Terra



A verdade sobre a matéria escura pode vir de descobertas realizadas graças ao Fermi, o telescópio de raios gama que está em órbita

Novos dados de dois experimentos - um no espaço, outro em um balão voando sobre a Antártica - dão sinais de uma tentadora detecção de matéria escura, o misterioso componente que ocupa 85% do universo. A evidência é o registro de um excesso de elétrons de alta energia e de seus equivalentes em antimatéria, os pósitrons, que podem ser criados quando partículas de matéria escura se destroem ou se decompõem.

O sinal do Fermi, o telescópio de raios gama em órbita, é sutil, enquanto o detectado pelo ATIC (acrônimo em inglês para calorímetro avançado de ionização fina), carregado por balões, é muito mais pronunciado. As diferenças são desconcertantes, mas as descobertas -- de acordo com alguns - podem anunciar o nascimento de uma nova era de exploração da matéria escura.

"Podemos muito bem estar vendo o início da era da descoberta", afirma Dan Hooper, teórico do Laboratório do Acelerador Nacional Fermi, em Batavia, Illinois, que não está afiliado a nenhum dos experimentos.

Peter Michelson, principal pesquisador do instrumento no Fermi que fez a detecção, alerta que seu grupo ainda não alega ter encontrado a arma do crime da matéria escura. O sinal também pode ter vindo de fontes mais mundanas nas proximidades, como pulsares, os resquícios giratórios das supernovas. "Mas se não for um pulsar, será uma nova física", diz Michelson, da Universidade Standford, na Califórnia.

Os resultados do Fermi foram apresentados num encontro da Sociedade Americana de Física, em Denver, Colorado, no dia 2 de maio, e publicados na Physical Review Letters.

Os resultados do ATIC, publicados na Nature em novembro, são mais polêmicos. Eles mostram um pico específico na energia de excesso de elétrons entre 300 e 800 giga elétron-volts (GeV), um nível que pode apontar para a massa de uma partícula de matéria escura. De início, os resultados do Fermi e do ATIC pareceriam incompatíveis, porque o Fermi não observou um aumento tão acentuado no intervalo entre 300 e 800 GeV.

Com os dados do Fermi, "esse (resultado do ATIC) não parece razoável", afirma Mark Pearce, do Instituto Real de Tecnologia da Suécia e integrante da equipe de um experimento relacionado, o PAMELA (acrônimo em inglês para pacote de exploração de antimatéria e astrofísica de núcleos leves).

Mas o ATIC não recua quanto a seu anúncio. O trabalho publicado em novembro teve como base dois vôos com balões. No dia 4 de maio, T. Gregory Guzik, da Universidade Estadual de Louisiana, em Baton Rouge, apresentou resultados preliminares de um terceiro vôo em dezembro de 2007.

Ele detectou um aumento no quociente de pósitrons, que, por serem mais raros, poderiam representar um sinal mais claro de matéria escura. Mas o PAMELA só reportou dados de energias até 100 GeV, não alcançando as detectadas pelo Fermi ou pelo ATIC.

O efeito dos raios gama
Todos os experimentos até agora investigaram a matéria escura apenas indiretamente. E o sinal pode ser estremecido e pouco nítido, já que elétrons voando pelo espaço perdem energia enquanto são açoitados por campos magnéticos galácticos.

Uma forma de contornar esses problemas seria estudar os raios gama, que também são produzidos em muitos cenários de destruição e decomposição de matéria escura, mas são imunes a campos magnéticos. Portanto, muitos acreditam que os cientistas do Fermi, que fizeram seus primeiros anúncios de matéria escura com base em dados de elétrons, vão acabar concluindo o trabalho com seus detectores de raios gama, que podem não apenas determinar a massa das partículas de matéria escura mais precisamente, como determinar de onde no espaço o sinal está vindo.

Espera-se que o sinal de raio gama mais forte venha do centro da Via Láctea, mas é de lá também que vem o sinal mais difícil de separar de outras fontes. O Fermi também procura por massas de matéria escura vagando próximas ao plano da Via Láctea - onde pesquisadores relataram em 3 de maio evidências tentadoras de uma fonte de raios gama, que provavelmente vai desaparecer nas próximas investigações, mas ajudará nas futuras descobertas de raios gama.

E, finalmente, o Fermi também vai voltar seus olhos para os pólos galácticos e encarar o espaço extragaláctico, onde poderá encontrar provas de uma fraca rede de matéria escura. Isso seria da maior importância para restringir os modelos cosmológicos que prevêem o crescimento da estrutura do universo - como galáxias se juntaram em torno de sementes iniciais de matéria escura.

Mas tudo isso vai exigir pelo menos um ano de coleta de dados do Fermi. E, por enquanto, os dados de elétrons já parecem estar ocupando bastante a comunidade científica. Em 4 de maio, teóricos já reajustaram seus modelos de matéria escura para ficarem consistentes com os novos resultados do Fermi. Por muitos anos, os modelos previam que a energia de partículas de matéria escura ficaria em torno de 100 GeV. Mas os novos dados - especialmente os do Fermi - estão favorecendo modelos que produziriam partículas de uma magnitude pelo menos uma ordem mais pesada, na escala de tera eléctron-volts.

Isso não significa apenas que o Fermi, com a capacidade de sondar tal escala de energia, será crucial em detectar a matéria escura, mas também traz implicações para colisores de partículas como o LHC (acrônimo em inglês para grande colisor de hádrons), em Genebra, Suíça. Muitos no LHC esperavam gerar algumas partículas com suas colisões. Mas quanto maior a massa, mais difícil será para o LHC detectá-las.

Se os resultados atuais do Fermi se sustentarem, afirma Hooper, "seja lá o que estiver por trás da matéria escura será muito difícil de ver no LHC".