Teorias exóticas da matéria escura. Se você é fã de todas as coisas mais incríveis do universo, este artigo é para você.
A maior parte do conteúdo do nosso universo tem uma forma completamente desconhecida para a física. Esse é apenas um fato bruto que todos nós vamos ter que nos acostumar. Se você está tentado a pensar que é apenas algum tipo decosmológico problema, um problema que só surge em escalas muito maiores, então eu tenho más notícias para você. Um desses componentes misteriosos do cosmos é - até onde sabemos - uma forma de matéria.
Mas não qualquer forma de matéria, caso contrário, já a teríamos visto. Não, achamos que é uma espécie deSombrio importam; matéria que simplesmente não interage com a luz. Sem emissão. Sem absorção. Sem dispersão. Nada. E o fato de que existe matéria escura não deve seraquele surpreendente, deveria? Afinal, quem ditou que tudo no universodevo interagir com a luz?
Ninguém fez, e aqui estamos nós. Se você observar uma galáxia aleatória, as coisas que acendem - estrelas, nebulosas etc. - representam apenas uma pequena fração da quantidade total de massa nessa galáxia. A proporção exata entre a matéria "normal" e a matéria escura depende de muitos fatores, como o histórico de formação da galáxia. Mas, em geral, quanto menor a galáxia, mais ela é dominada pela matéria escura.
As menores galáxias, conhecidas como galáxias anãs, poderiam fornecer um laboratório útil para o estudo da matéria escura. Nessas galáxias, a matéria escura é livre para fazer o que a matéria escura faz sem essa matéria incômoda que interage com a luz para realmente complicar as coisas. Se a matéria escura faz algo estranho (bem, mais estranho do que simplesmente existir), como interagir consigo mesma através da força nuclear fraca, ou ser composta de vários tipos de partículas exóticas, qualquer efeito se tornará mais pronunciado em uma galáxia anã do que algo como a via Láctea.
Tudo isso é ótimo e bom, exceto pela pequena ressalva de que, enquanto toda essa física interessante está acontecendo sob o capô, é difícil para nós ver. Porque está escuro.
Uma coisa das muitas coisas que não entendemos sobre a matéria escura é como ela se comporta nos núcleos das galáxias. Simulações simples da evolução das galáxias prevêem algo chamado “cúspide” - uma porca dura de densidade incrivelmente alta situada no centro cremoso de uma galáxia. Mas as observações não revelam isso: deve haver muitas estrelas seguindo a influência gravitacional de toda essa matéria escura. E com certeza existem muitas estrelas no centro de uma galáxia, mas nãoaquele muitos.
Algo precisa suavizar a matéria escura central. Pode haver interações exóticas na própria matéria escura. Poderia ser causas mais mundanas, como ventos de supernovas explodindo o gás. Poderia ser ambos, ou nenhum.
Os astrônomos estão muito, muito interessados nos núcleos das galáxias, e principalmente nas galáxias anãs, porque é lá que eles podem potencialmente aprender muito sobre a matéria escura. E, apesar de sua física complicada e confusa, ainda precisamos de estrelas e gás para observar, sondar e estudar as galáxias anãs, na esperança de poder rastrear o comportamento da matéria escura subjacente. Mas as galáxias anãs estão distantes, escuras e pequenas - e seus núcleos ainda mais.
Como poderíamos espreitar dentro deles?
Felizmente, as galáxias têm mais do que cidadãos estelares. Eles também têm buracos negros. Supermassivos gigantes em seus núcleos e milhões de menores flutuando dentro deles. E o fato de que buracos negros gigantes tendem a se reunir nos núcleos de suas galáxias hospedeiras pode ser útil. Então, talvez - trabalhe comigo aqui - se pudéssemos estudar o comportamento dos buracos negros nas galáxias anãs, poderíamos obter algumas pistas sobre a natureza da matéria escura.
Mas os buracos negros também são negros e difíceis de ver. E pequeno. E longe. Felizmente, não precisamos ver buracos negros - podemos ouvi-los.
Quando os buracos negros colidem, eles tremem e distorcem tanto o tecido do espaço-tempo que causam ondas, como ondulações se espalhando de uma pedra pesada jogada na água. Essas ondas de gravidade se espalham pelo espaço à velocidade da luz, esticando levemente e apertando qualquer matéria intermediária à medida que passam. De fato, enquanto você lê isso, seu corpo está sendo puxado e pressionado como um pedaço de massa pelas inúmeras ondas gravitacionais que passam pela Terra.
Essas ondas de gravidade são incrivelmente difíceis de detectar, e é por isso que as primeiras pessoas a medi-las receberam alguns prêmios Nobel por seu esforço de décadas para usar raios de luz interferentes para capturar o sinal sutil.
Mas nossos três observatórios de ondas gravitacionais na superfície da Terra não podem nos ajudar com o problema do buraco negro dentro da galáxia anã para estudar a matéria escura. Esses buracos negros - conhecidos comoburacos negros de massa intermediária - são pequenos demais para emitir um sinal detectável aqui na Via Láctea quando se fundem.
Mas um observatório de ondas gravitacionais no espaço poderia. A missão LISA proposta (que significa, como você deve ter adivinhado, antena espacial com interferômetro a laser) pode ter a sensibilidade certa para ver o sinal da fusão de buracos negros de tamanho médio, exatamente como os encontrados no coração das galáxias anãs.
E, de acordo com um novo artigo recentemente aceito pelo Astrophysical Journal Letters, liderado por Tomas Tomfal, da Universidade de Zurique, diferentes modelos de matéria escura (e suas possíveis interações com o tipo normal de amante da luz) podem influenciar com que freqüência e rapidez os buracos negros nas galáxias anãs se fundem, o que é algo que o LISA pode separar.
É um caminho indireto para entender a matéria escura, mas em um problema tão irritante quanto esse, é promissor.
Leia mais: “Formação de binários LISA de buracos negros na fusão de galáxias anãs: a impressão da matéria escura”
