Os raios gama - a luz mais brilhante e poderosa do universo - navegam pelo céu invisível aos olhos humanos. Essas explosões de radiação excepcionalmente enérgicas surgem das explosões de supernovas, brotam das estrelas em colisão de nêutrons e saem dos buracos negros mais famintos.
Quando os astrônomos podem pegá-los com telescópios de raios gama, esses fogos de artifício invisíveis apontam para algumas das estruturas mais explosivas do universo. Agora, uma equipe internacional de pesquisadores espera que esses raios todo-poderosos também possam levar a algo muito mais estranho e mais ilusório - a substância invisível conhecida como matéria escura.
Em um novo estudo aceito para publicação na revista Physical Review Letters e detalhado no banco de dados de pré-impressão arXiv, os pesquisadores analisaram o que chamam de "fundo de raios gama não resolvido" - ou seja, todos os raios gama fracos e misteriosos os sinais que sobram após fontes conhecidas como buracos negros e supernovas são contabilizados. Quando a equipe comparou um mapa de raios gama não resolvidos com um mapa de densidade de matéria na mesma seção do universo, eles descobriram que os raios estavam alinhados precisamente com áreas gravitacionalmente maciças onde se previa que a matéria escura se escondesse.
De acordo com o co-autor do estudo Daniel Gruen, essa correlação sugere que a matéria escura pode ser amplamente responsável pelo fraco cenário de raios gama do universo. Se for esse o caso, poderia dar aos astrônomos algumas pistas vitais sobre as propriedades da substância misteriosa.
"A matéria escura pode decair como um núcleo radioativo, produzindo raios gama", disse Gruen, astrofísico do Laboratório Nacional de Aceleradores SLAC do Departamento de Energia da Universidade Stanford, na Califórnia, à Live Science. "Ou talvez várias partículas de matéria escura estejam colidindo, produzindo raios gama à medida que interagem".
Ondulações no escuro
Pensa-se que a matéria escura compõe cerca de 85% da massa do universo, embora os pesquisadores ainda não tenham certeza do que ou onde está. Totalmente invisível para os instrumentos científicos modernos, o material nunca foi detectado com sucesso.
"No entanto, conhecemos algumas das propriedades da matéria escura", disse Gruen. "Sabemos que é muito comum e sabemos que tem massa que interage gravitacionalmente com outra massa".
Em outras palavras, embora a matéria escura seja invisível, ela causa um impacto visível no universo através de sua poderosa gravidade. Um desses impactos é conhecido como lente gravitacional - essencialmente, como a luz de galáxias distantes é distorcida pela gravidade dos objetos maciços que passa em seu caminho em direção à Terra.
Para o novo estudo, os pesquisadores analisaram um mapa de lentes gravitacionais em um pedaço específico do universo, compilado por um projeto chamado Dark Energy Survey (DES). Montada em um telescópio gigante no Chile, a câmera dedicada da pesquisa passou um ano capturando imagens de alta definição de centenas de milhões de galáxias, concentrando-se em onde a luz distante é mais deformada por bolsões de gravidade intensa. Enquanto algumas das regiões mais massivas do mapa resultante correspondem a galáxias conhecidas, outras bolsas pesadas provavelmente mostram a influência oculta da matéria escura no trabalho, disse Gruen.
Para entender melhor como seria essa influência, os pesquisadores compararam esse mapa de massa com um mapa de emissões de raios gama detectado na mesma região pelo telescópio de raios gama Fermi da NASA nos últimos nove anos. Usando um modelo matemático, a equipe removeu toda a radiação que poderia ser definitivamente ligada a fontes "mundanas", como buracos negros e supernovas, com base em sua produção de energia, distância e vários outros fatores.
Agora, deixando apenas as misteriosas fontes de raios gama "não resolvidas", a equipe comparou os dois mapas. Eles viram uma clara sobreposição entre regiões de alta radiação de raios gama e regiões com muita massa.
"Este é o primeiro estudo em que temos certeza de que, onde há muitos raios gama, também há muita matéria escura", disse Gruen.
Se a matéria escura realmente está emitindo raios gama, isso pode reduzir seriamente a maneira como é detectada e do que é realmente feita. No entanto, ainda é possível que o leve fundo de raios gama no mapa de Fermi não tenha nada a ver com a matéria escura, disse Gruen. O modelo matemático usado pelos pesquisadores para eliminar essas fontes "mundanas" de emissões de raios gama (como os buracos negros) baseia-se em algumas suposições sobre as propriedades desses objetos. Se essas suposições estiverem erradas, os buracos negros distantes podem ser responsáveis por muito mais do misterioso histórico de raios gama do que os pesquisadores responderam.
"Talvez esse modelo esteja incompleto, e talvez estejamos aprendendo algo sobre esses buracos negros emissores de raios gama", disse Gruen. "Talvez, esses buracos negros estejam vivendo em galáxias mais massivas do que pensávamos".
Mais dados sobre raios gama e lentes gravitacionais ajudarão a equipe a aprimorar seu modelo e a interpretar melhor seus mapas do universo. Desde a conclusão do estudo, o DES coletou seis vezes mais informações sobre a distribuição de massa do universo, e o satélite FERMI continua sendo um dos muitos telescópios que rastreiam explosões de raios gama. Um estudo de acompanhamento mostrando resultados ainda mais claros deve seguir nos próximos anos, disse Gruen.
