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Matéria escura interage; matéria escura não interage...

Redação do Site Inovação Tecnológica - 15/04/2015

Matéria escura interage; matéria escura não interage...
Estes são os resultados observacionais do primeiro estudo, que cobriu 72 colisões de aglomerados de galáxias.
[Imagem: NASA/ESA/Harvey,Massey,Ebeling,Kneib]

Matéria escura não interage

Na mesma semana, dois estudos parecem apresentar resultados conflitantes sobre a matéria escura: um deles propõe que a matéria escura não interage nem mesmo consigo própria, enquanto outro detectou o que poderiam ser sinais dessa interação.

Contudo, embora apontem em sentidos opostos, os dois resultados podem ser vistos como complementares - eles estabeleceriam limites superiores e inferiores para o que se pode esperar se a matéria escura for constituída de alguma partícula, nos moldes de todas as demais previstas pelo Modelo Padrão da física.

É fato que o primeiro estudo - aquele que não detectou nenhum sinal de interação - é bem mais amplo. A equipe liderada por Richard Massey e seus colegas observou 72 colisões de aglomerados de galáxias - cada aglomerado pode conter até 1.000 galáxias - que ocorreram em tempos diferentes e puderam ser detectadas de diferentes ângulos.

A equipe descobriu que, quando as galáxias colidem, a matéria escura que envolve cada uma delas segue seu caminho sem sofrer qualquer obstrução, com uma "massa" de matéria escura passando pela outra sem que nenhuma delas seja afetada de qualquer forma. A conclusão é que, se a matéria escura é formada por partículas, essas partículas não interagem nem mesmo consigo umas com as outras.

Matéria escura interage

O segundo estudo foi liderado pelo mesmo Richard Massey, e conta com quatro pesquisadores que participaram do trabalho anterior.

Neste estudo observacionalmente menor, o grupo analisou o movimento de galáxias individuais, em vez de tratar dos aglomerados de galáxias como um todo - foram estudadas as colisões de quatro galáxias do aglomerado de galáxias Abell 3827.

Os dados mostram que uma das aglomerações de matéria escura parece estar ficando para trás em relação à galáxia que ela rodeia - a "massa" de matéria escura está atualmente 5.000 anos-luz atrás da galáxia.

Um desvio entre a matéria escura e a sua galáxia associada é algo que se esperaria que acontecesse durante uma colisão se a matéria escura interagir consigo própria, mesmo que de forma sutil, através de forças que não a gravidade. A natureza dessa interação é desconhecida e poderia ser causada por efeitos bem conhecidos ou por alguma força exótica desconhecida - tudo o que se pode dizer nesta fase é que não se trata da gravidade.

A fragilidade do estudo é que há dados significativos para uma única galáxia, já que, devido a um alinhamento casual, o objeto está associado a um forte efeito de lente gravitacional. No caso das outras três colisões, as imagens afetadas pela lente gravitacional estão muito mais afastadas, e por isso os limites relativos à localização da sua matéria escura são amplos demais para que se possa tirar qualquer conclusão significativa.

Mas, pressupondo que esse retardamento da matéria escura possa ser confirmado e ocorra em outros eventos, os pesquisadores levantam a hipótese de que a colisão entre estas galáxias possa ter durado mais tempo do que as colisões observadas no estudo anterior, permitindo que os efeitos de uma força de atrito minúscula crescessem com o tempo, dando origem a um desvio passível de ser medido.

Matéria escura interage; matéria escura não interage...
Esta é a imagem básica do segundo estudo, cobrindo quatro galáxias. As linhas de contorno azuis mostram a distribuição de matéria escura no aglomerado. A acumulação de matéria escura da galáxia à esquerda encontra-se significativamente deslocado relativamente à posição da galáxia propriamente dita, possivelmente indicando que estão ocorrendo interações de natureza desconhecida entre a matéria escura.
[Imagem: ESO/R. Massey]

Limites superiores e inferiores de interação

Apesar do valor observacional do primeiro estudo ser superior, os pesquisadores estão vendo os dois trabalhos como complementares, estabelecendo limites para a interação da matéria escura consigo mesma.

"Estamos finalmente chegando na matéria escura, vindos de cima e de baixo - ou seja, vamos confinando o nosso conhecimento nas duas direções," concluiu Massey, que participou dos dois trabalhos.

Isto é essencial para que se possa procurar pelos elementos constituintes da matéria escura. Há expectativa, por exemplo, de que o LHC, em sua nova fase de maior energia, possa detectar algum indício de partículas ou forças ainda desconhecidas.

O grande problema é onde procurar pelas hipotéticas partículas da matéria escura. Por exemplo, considerando que os resultados do segundo estudo se confirmem em observações mais amplas, a fricção que retardou a matéria escura pode ter sido exercida por uma força muito fraca que atuou durante cerca de um bilhão de anos, ou por uma força muito mais forte que atuou durante 100 milhões de anos.

Muito mais desafiador, contudo, é a ideia de que, se são os aglomerados de matéria escura que mantêm a coesão das galáxias, o retardamento da matéria escura causará o esfacelamento da galáxia?

Lente gravitacional

Embora a matéria escura não possa ser observada, sua localização é detectada usando uma técnica chamada lente gravitacional. As colisões estudadas ocorreram, por mero acaso, em frente de uma fonte de luz muito mais distante, sem relação nenhuma com estes objetos.

A massa da matéria escura em torno das galáxias em colisão distorce fortemente o espaço-tempo, desviando o caminho percorrido pelos raios de luz emitidos por essas fontes de luz mais distantes que se encontra no campo de fundo, distorcendo assim a sua imagem, que chega à Terra em formas de arcos muito característicos.

Nesta semana, foi divulgado o primeiro mapeamento dessas aglomerações de matéria escura, feitos por meio da observação das lentes gravitacionais pelo projeto DES.

O que a teoria atual estabelece de forma bem aceita entre os físicos é que as galáxias existem em meio a aglomerações de matéria escura porque, sem o efeito confinante da gravidade da matéria escura, as galáxias se despedaçariam à medida que giram.

Para que as galáxias se mantenham coesas na velocidade em que giram, 85% da massa do Universo deve existir sob a forma de matéria escura, gerando a gravidade suficiente para que as galáxias não se esfacelem. No entanto a natureza da matéria escura permanece um mistério.

Bibliografia:

Artigo: The nongravitational interactions of dark matter in colliding galaxy clusters
Autores: David Harvey, Richard Massey, Thomas Kitching, Andy Taylor, Eric Tittley
Revista: Science
Vol.: 347 no. 6229 pp. 1462-1465
DOI: 10.1126/science.1261381

Artigo: The behaviour of dark matter associated with four bright cluster galaxies in the 10 kpc core of Abell 3827
Autores: Richard Massey, Liliya Williams, Renske Smit, Mark Swinbank, Thomas D. Kitching, David Harvey, Mathilde Jauzac, Holger Israel, Douglas Clowe, Alastair Edge, Matt Hilton, Eric Jullo, Adrienne Leonard, Jori Liesenborgs, Julian Merten, Irshad Mohammed, Daisuke Nagai, Johan Richard, Andrew Robertson, Prasenjit Saha, Rebecca Santana, John Stott, Eric Tittley
Revista: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
Vol.: 449 (4): 3393-3406
DOI: 10.1093/mnras/stv467





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