A matéria escura se comporta de maneira extraordinariamente comum em um novo experimento cósmico
A matéria escura se comporta de acordo com as mesmas regras físicas que se aplicam à matéria ordinária? Esta questão continua sendo um dos grandes enigmas da cosmologia moderna, uma vez que essa forma invisível de matéria (que não emite nem reflete luz) é ainda hipotética e extremamente difícil de estudar diretamente. Pesquisadores da Universidade…
A matéria escura se comporta de acordo com as mesmas regras físicas que se aplicam à matéria ordinária? Esta questão continua sendo um dos grandes enigmas da cosmologia moderna, uma vez que essa forma invisível de matéria (que não emite nem reflete luz) é ainda hipotética e extremamente difícil de estudar diretamente. Pesquisadores da Universidade de Genebra (UNIGE) e instituições colaboradoras buscaram entender se a matéria escura segue um comportamento familiar nas maiores escalas ou se outras forças podem influenciá-la. O estudo deles, publicado na Nature Communications, indica que a matéria escura parece agir de maneira muito similar à matéria ordinária, embora ainda não seja possível descartar a possibilidade de uma interação adicional, ainda não identificada. Como se acredita que a matéria escura seja cinco vezes mais comum que a matéria ordinária, até mesmo uma pequena nova descoberta ajuda a esclarecer seu papel na formação do Universo.
Matéria Ordinária e Forças Fundamentais
A matéria ordinária é afetada por quatro forças fundamentais conhecidas: gravidade, eletromagnetismo, e as forças forte e fraca dentro dos átomos. A questão é se a matéria escura responde ao mesmo conjunto de forças. Embora a matéria escura seja invisível e difícil de detectar, ela pode ainda seguir essas leis familiares ou possivelmente ser influenciada por uma quinta força que os cientistas ainda não identificaram.
Investigando Como a Matéria Escura Se Move Através de Poços Gravitacionais
Para explorar essa possibilidade, a equipe liderada pela UNIGE examinou se a matéria escura se afunda em poços gravitacionais da mesma forma que a matéria ordinária o faz em escalas cósmicas. Objetos massivos distorcem a estrutura do espaço, formando esses poços. A matéria ordinária – planetas, estrelas e galáxias – cai neles de acordo com princípios físicos estabelecidos que incluem a relatividade geral de Einstein e as equações de Euler. A equipe queria saber se a matéria escura se comporta de maneira previsível da mesma forma.
“Para responder essa pergunta, comparamos as velocidades das galáxias através do Universo com a profundidade dos poços gravitacionais,” explica Camille Bonvin, professora associada no Departamento de Física Teórica na Faculdade de Ciências da UNIGE e coautora do estudo. “Se a matéria escura não estiver sujeita a uma quinta força, então as galáxias – que são compostas principalmente de matéria escura – cairão nesses poços como a matéria ordinária, governadas apenas pela gravidade. Por outro lado, se uma quinta força atua sobre a matéria escura, isso influenciará o movimento das galáxias, que então cairão nos poços de forma diferente. Ao comparar a profundidade dos poços com as velocidades das galáxias, podemos, portanto, testar a presença de tal força.”
A Matéria Escura Parece Seguir as Equações de Euler
Usando esse método em dados cosmológicos modernos, os pesquisadores descobriram que a matéria escura se move para dentro dos poços gravitacionais da mesma maneira que a matéria ordinária, o que significa que é consistente com as equações de Euler. “Neste estágio, no entanto, essas conclusões ainda não descartam a presença de uma força desconhecida. Mas se tal quinta força existir, ela não pode exceder 7% da força da gravidade – caso contrário, já teria aparecido em nossas análises,” afirma Nastassia Grimm, primeira autora do estudo e ex-pesquisadora pós-doutoral no Departamento de Física Teórica da Faculdade de Ciências da UNIGE, que recentemente se juntou ao Instituto de Cosmologia e Gravitação da Universidade de Portsmouth.
Os Próximos Passos na Busca por Nova Física
Essas descobertas iniciais representam um passo importante para refinar nossa compreensão da matéria escura. O próximo objetivo-chave é determinar se uma sutil quinta força realmente a afeta. “Os dados que estão por vir dos mais novos experimentos, como LSST e DESI, serão sensíveis a forças tão fracas quanto 2% da gravidade. Portanto, eles devem nos permitir aprender ainda mais sobre o comportamento da matéria escura,” conclui Isaac Tutusaus, pesquisador no ICE-CSIC e IEEC e professor associado no IRAP, observatório Midi-Pyrénées, Universidade de Toulouse, coautor do estudo.
