A matéria escura pode conter um segredo ainda mais sombrio

Impossível para um telescópio obter imagens e longe de ser totalmente compreendida, a matéria escura está, no entanto, em toda parte.

Os mistérios mais profundos da matéria escura estão relacionados com a sua natureza e comportamento. A ideia predominante em relação à matéria escura é a teoria da matéria escura fria (MDL), que postula que a matéria escura consiste em partículas de baixa velocidade que não interagem entre si. Esse pensamento foi discutido e está novamente em debate. Liderada pelo astrofísico Hai Bo Yu, uma equipe de pesquisadores da Universidade da Califórnia, Califórnia, apresentou uma ideia alternativa que explica os extremos onde a matéria escura fria não funciona tão bem.

Acredita-se que as galáxias e aglomerados de galáxias estejam rodeados por halos de matéria escura. Num extremo do debate estão os halos de matéria escura galáctica que são demasiado densos para serem compatíveis com o MDL, e no outro extremo estão os halos de matéria escura galáctica que são demasiado difusos para serem compreendidos pelo MDL. Yu e seus colegas sugerem que alguma força obscura (desculpe, fãs de Star Wars – não o força) faz com que as partículas de matéria escura colidam umas com as outras. Esta é a matéria escura autointeragente (SIDM).

A ideia de partículas invisíveis interagindo, seja empurrando umas às outras e para fora em uma coroa difusa, ou mais próximas e para dentro em uma coroa densa, pode ser o que temos procurado no escuro. Mas primeiro, por que se pensa que a matéria escura é esmagadoramente fria?

Perdido no escuro

A matéria escura é “escura” porque as suas interações com a matéria visível e a radiação eletromagnética são fracas ou inexistentes. Nenhuma luz pode iluminá-lo porque é incapaz de fazer interações significativas com qualquer tipo de radiação eletromagnética. A razão pela qual a matéria escura é descrita como “fria”, pelo menos de acordo com a teoria da matéria escura fria, é que se pensa que as partículas lentas se movem muito mais lentamente do que a velocidade da luz.

O MDL continua a ser o modelo padrão para a matéria escura porque serve para construir e manter estruturas cósmicas como as galáxias. Se a matéria escura fosse fria, poderia acumular-se e agregar-se mais facilmente do que se viajasse através do vácuo do espaço, o que seria o caso se toda a matéria escura fosse “quente” ou composta por partículas mais leves que se movessem a altas velocidades. Partículas quentes de matéria escura seriam muito rápidas para formar estruturas durante longos períodos e poderiam achatar quaisquer estruturas existentes com as quais colidissem. A matéria escura quente fica em algum lugar entre o frio e o quente.

Não se sabe quantos tipos de matéria escura existem. Alguns cientistas insistem que toda matéria escura é fria, enquanto outros argumentam que existe mais de um tipo.

Embora o MDL não diga que esta matéria invisível é completamente imóvel, ele não permite que muitas partículas de matéria escura colidam. É aqui que entra o SIDM.

Lançar mais luz

Embora a matéria escura quente e quente estivesse fora do escopo do seu estudo, Yu e sua equipe testaram se o SIDM poderia explicar um aspecto da matéria escura fria que realmente não funciona: ele tem dificuldade em explicar halos de matéria escura muito densos e muito difusos.

“No [diffuse scenario]As interações transferem calor das regiões externas para internas da coroa, reduzindo a densidade central; No [dense scenario]“A direção do fluxo de calor se inverte e a coroa interna torna-se mais densa do que a sua contraparte do MDL”, afirmaram num comunicado. Estádio Foi publicado recentemente no The Astrophysical Journal Letters.

Galáxias ultra-difusivas As UDGs são galáxias anãs particularmente escuras porque as suas estrelas estão muito dispersas umas das outras. O gás formador de estrelas está espalhado muito pouco para produzir muitas novas estrelas. O halo de matéria escura de uma galáxia ultradifusa chega muito mais longe do que o de uma galáxia anã regular, o que não deveria acontecer com as partículas sem colisão propostas pelo MDL – partículas que não interagissem ficariam mais próximas umas das outras e produziriam um halo mais denso. halo com alcance mais curto. O SIDM permite que as partículas colidam e transfiram calor, e a expansão resultante da matéria escura poderia explicar por que esses halos são tão comuns.

O segundo cenário trata de halos de matéria escura que são tão densos que afetam as lentes gravitacionais. Esses halos densos contêm matéria escura suficiente para curvar o espaço-tempo, de modo que a luz que viaja através dessa região do espaço também seja curvada. Devido a estas perturbações, o objeto atrás da galáxia lenticular é ampliado, embora muitas vezes de uma forma um tanto distorcida. O SIDM também suporta concentrações de matéria escura suficientes para afetar as lentes gravitacionais, porque as partículas em colisão devem ser capazes de apontar tanto para dentro quanto para fora. As partículas que colidem umas com as outras aumentam a densidade da coroa, e um enxame delas pode formar uma enorme bolha de matéria escura que produz lentes gravitacionais.

Ainda estamos no escuro sobre a matéria escura de várias maneiras. Até que haja uma maneira de detectá-los diretamente, teremos que confiar em trabalho teórico para ver se ideias como o SIDM podem ser de alguma utilidade. Talvez um dia tenhamos um método de detecção direta que finalmente lançará luz sobre os segredos da matéria escura.

The Astrophysical Journal Letters, 2023. DOI: 10.3847/2041-8213/ad0e09