No início da década de 1930, o astrônomo suíço Fritz Zwicky percebeu que muitas galáxias estavam se movendo muito mais rápido do que sua massa visível deveria permitir. Esse movimento incomum o levou 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 dessa substância misteriosa, oferecendo a possibilidade de finalmente “ver” a matéria escura.
A matéria escura permaneceu um dos maiores mistérios da astronomia desde que foi sugerida pela primeira vez. Até agora, os cientistas só puderam estudá-la indiretamente, observando como ela 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 — o que significa que não absorvem, refletem ou emitem luz.
A Hipótese WIMP e os Raios Gama Preditos
Many researchers believe that dark matter is made of weakly interacting massive particles, or WIMPs. These particles are thought to be heavier than protons and interact so weakly with normal matter that they are extremely difficult to detect. However, theory suggests that when two WIMPs collide, they annihilate each other and release energetic particles, including gamma ray photons.
Os cientistas passaram anos examinando regiões onde a matéria escura deveria estar concentrada, especialmente o centro da Via Láctea, em busca 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 raios gama previsto associado à aniquilação de partículas de matéria escura.
As descobertas de Totani aparecem na Revista de Cosmologia e Física de Astropartículas.
Um Halo de Raios Gama de 20 GeV Próximo ao Centro da Via Láctea
“Detectamos raios gama com uma energia de fóton de 20 gigaeletronvolts (ou 20 bilhões de eletronvolts, uma quantidade extremamente grande de energia) se estendendo em uma estrutura semelhante a um halo em direção ao centro da galáxia Via Láctea. O componente de emissão de raios gama corresponde bastante à 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 a previsões do modelo para a aniquilação de WIMPs hipotéticos com massas aproximadamente 500 vezes a de um próton. A frequência estimada desses eventos de aniquilação, com base na intensidade dos raios gama observados, também se encaixa dentro de intervalos teóricos esperados.
Evaluando a Possibilidade de um Grande Avanço
Totani explica que o padrão de raios gama não pode ser facilmente relacionado 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, há muito procurada, proveniente da matéria escura.
“Se isso estiver correto, na medida do meu conhecimento, seria a primeira vez que a humanidade ‘viu’ a matéria escura. E acontece que a matéria escura é uma nova partícula não incluída no modelo padrão atual da física de partículas. Isso significa um desenvolvimento importante 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 semelhante a um halo realmente resulta da aniquilação da matéria escura, em vez de outra fonte astrofísica.
Mais suporte poderia vir da descoberta do mesmo sinal de raios gama em outras regiões ricas em matéria escura. Galáxias anãs que orbitam dentro do halo da Via Láctea são consideradas especialmente promissoras. “Isso pode ser alcançado uma vez que mais dados sejam acumulados, e se isso acontecer, forneceria evidências ainda mais fortes de que os raios gama se originam da matéria escura”, disse Totani.
Financiamento: Este trabalho foi apoiado pela Bolsa JSPS/MEXT KAKENHI número 18K03692.
