Um brilho invulgar de raios gama a sair do coração da Via Láctea pode representar a impressão digital há muito procurada de partículas de matéria escura a aniquilarem-se mutuamente, segundo indícios recentes.
Um novo trabalho de investigação, apoiado em simulações de galáxias semelhantes à Via Láctea, conclui que o excesso de radiação gama observado nessa região - ainda sem explicação definitiva - é tão compatível com aniquilação de matéria escura como com uma população de púlsares de milissegundo. Mais ainda: a hipótese da matéria escura poderá ter uma ligeira vantagem.
O astrofísico Joseph Silk, da Universidade Johns Hopkins, sublinha a importância do tema: a matéria escura domina o Universo e contribui decisivamente para manter as galáxias coesas. Por isso, a comunidade científica procura incessantemente formas de a detetar. Para Silk, os raios gama - e, em particular, o excesso de luz observado no centro da nossa galáxia - podem constituir a primeira pista sólida.
O Excesso GeV do Centro Galáctico (GCE): um enigma desde 2009
Este brilho de raios gama é conhecido como Excesso GeV do Centro Galáctico (GCE) e intriga os astrónomos desde 2009, quando foi identificado em dados do Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi, da agência espacial norte-americana. Algo no centro galáctico está a produzir um brilho numa das formas de luz mais energéticas do Universo, mas a origem exata continua por esclarecer.
Matéria escura e púlsares de milissegundo: duas hipóteses para o GCE
Existem dois principais candidatos para explicar o GCE.
Por um lado, está a matéria escura - a componente misteriosa responsável por gravidade “extra” no Universo e que não pode ser explicada pela matéria normal, isto é, por tudo o que conseguimos detetar diretamente.
Ainda não sabemos o que a matéria escura é, mas um candidato hipotético muito discutido são as partículas massivas de fraca interação (WIMPs). Os cientistas preveem que, quando uma WIMP colide com a sua antipartícula, ocorre aniquilação, libertando uma cascata de partículas - incluindo fotões de raios gama.
Por outro lado, surgem os púlsares de milissegundo. Estes objetos são estrelas de neutrões numa fase tardia da sua evolução, formadas quando o núcleo de uma estrela massiva colapsa depois de expelir grande parte do seu material numa explosão de supernova. O que torna uma estrela de neutrões num púlsar é a sua rotação extremamente rápida: ao rodar, emite feixes de ondas de rádio, partículas e radiação, incluindo raios X e raios gama. À medida que esses feixes varrem o espaço, o objeto parece “pulsar”.
A forma do brilho: uma pista que parecia favorecer os púlsares
Até agora, os astrónomos não detetaram de forma clara a população de púlsares necessária para explicar o GCE, mas existem formas de restringir o problema.
A população de estrelas antigas que deveria incluir muitos destes púlsares, no bojo galáctico (a região central da Via Láctea, com aspeto de bolha), parece organizar-se numa estrutura em forma de X. Em contraste, trabalhos anteriores sugerem que o halo de matéria escura da Via Láctea é esférico.
Se estas distribuições forem realmente tão diferentes, também deveriam deixar uma assinatura distinta no aspeto do GCE: uma origem em púlsares de milissegundo tenderia a produzir um brilho mais “caixote” (mais “quadrado”), enquanto a matéria escura deveria gerar um padrão mais arredondado. Dependendo de como se interpretam os dados do Fermi, o GCE tem sido descrito como apresentando uma distribuição claramente “caixote”.
Simulações da Via Láctea: um halo de matéria escura menos redondo do que se pensava
Uma equipa liderada pelo cosmólogo Moorits Mihkel Muru, do Instituto Leibniz de Astrofísica de Potsdam (Alemanha), procurou responder a uma questão direta: será que essa forma “caixote” exclui, de forma conclusiva, a aniquilação de matéria escura da lista de explicações possíveis para o GCE?
Para isso, os investigadores recorreram a supercomputadores e simularam a história evolutiva da Via Láctea. Mapearam a densidade e a distribuição da matéria escura e compararam-na com a distribuição de estrelas antigas usada como indicador indireto (um proxy) para os púlsares de milissegundo. Em vez de modelarem como a aniquilação evolui ao longo do tempo, concentraram-se na estrutura atual da matéria escura e no sinal de raios gama que esta projetaria no céu.
Os resultados das simulações foram “observados” a partir de cerca de 8 quiloparsecs do centro galáctico (aproximadamente 26 mil anos-luz), que corresponde à distância do Sistema Solar ao centro da Via Láctea, de modo a reproduzir a perspetiva real das nossas observações.
O que a equipa encontrou é crucial: o halo de matéria escura poderá não ser perfeitamente esférico. Em vez disso, pode estar ligeiramente achatado, consequência da longa história da Via Láctea de fusões com outras galáxias. Quando essa estrutura é projetada em mapas do céu, o resultado pode ser precisamente um brilho de raios gama com aspeto “caixote” - mesmo quando a origem é matéria escura.
Isto implica que uma morfologia achatada, por si só, não é um diagnóstico exclusivo de púlsares de milissegundo; pode também ser um efeito natural da matéria escura.
Os autores resumem a implicação principal: com base em morfologia, espetro e intensidade, as duas hipóteses - aniquilação de matéria escura e púlsares de milissegundo - são comparavelmente plausíveis. Acrescentam ainda que, no parâmetro da intensidade, a matéria escura poderá ter uma ligeira vantagem, tendo em conta a escassez observada de púlsares de milissegundo.
Textura do brilho e a possibilidade de fontes mistas no centro galáctico
Há, no entanto, um detalhe importante: algumas observações identificaram uma granulação (uma espécie de “salpico” irregular) no GCE, como seria de esperar se parte do sinal vier de fontes pontuais - por exemplo, púlsares de milissegundo. Em comparação, a aniquilação de matéria escura tenderia a produzir um brilho mais suave e homogéneo.
Este novo estudo não se debruça diretamente sobre essa textura a pequena escala - tema já analisado noutros trabalhos -, mas ao mostrar que a forma global do GCE já não elimina a matéria escura, reforça-se a possibilidade de que ambos os mecanismos possam estar a contribuir para a radiação gama no centro da Via Láctea.
O que poderá destrinçar o enigma: novas medições e observações complementares
Os investigadores salientam que futuros observatórios, como a Rede de Telescópios de Cherenkov e o Observatório Austral de Raios Gama de Grande Campo, deverão ajudar a separar os dois cenários com dados mais precisos.
Silk considera plausível que os novos resultados permitam confirmar uma teoria em detrimento da outra. Mas admite também um desfecho frustrante: se os novos dados não esclarecerem a origem do sinal, o mistério tornar-se-á ainda mais difícil de resolver.
Entretanto, uma via complementar passa por cruzar informação de vários comprimentos de onda: levantamentos em rádio e raios X podem melhorar a contagem de possíveis púlsares de milissegundo no bojo galáctico, enquanto mapas mais detalhados da estrutura estelar ajudam a reduzir incertezas sobre a forma do sinal esperado. Quanto mais completo for o inventário de fontes astrofísicas, mais robusto será o que “sobrar” para a matéria escura explicar.
Em paralelo, a interpretação em termos de matéria escura tem de ser coerente com limites vindos de outras frentes, como as observações de galáxias anãs (onde a matéria escura é abundante e as fontes convencionais são menos dominantes) e experiências de deteção direta. Se o GCE for realmente causado por aniquilação de matéria escura, o padrão energético e a intensidade terão de encaixar num quadro global consistente.
A investigação foi publicada na revista Cartas de Revisão Física.
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