E se a matéria escura fosse responsável por estes fenómenos estranhos no centro da nossa galáxia?

Demorou cerca de vinte anos entre a previsão teórica da existência de neutrinos e a sua verificação experimental utilizando um reator nuclear, e cerca de cinquenta anos entre a previsão da existência do bóson de Brout-Englert-Higgs e a sua descoberta nos detectores do LHC.

O físicos e o astrofísicos rastrear as partículas hipotéticas de matéria escura durante cerca de quarenta anos e pensámos que teriam sido detectados directa ou indirectamente durante a década de 2010, no máximo. Talvez a demonstração da sua existência esteja próxima, mas entre o zoológico de teorias que prevêem a natureza destas partículas necessárias até prova em contrário para dar origem rapidamente a galáxias e para explicar as características da luz mais antiga do Universo (a da radiação fóssil), muitas delas foram agora refutadas por experiências.

Um cenário para a detecção indireta de matéria escura

Os pesquisadores ainda não desanimaram, como mostra um artigo publicado recentemente e que pode ser encontrado gratuitamente em arXiv. Devemos isso ao grande cosmólogo britânico Joseph Silk, conhecido pelos seus populares trabalhos sobre o Big Bang, a matéria e a energia escura, que fez uma proposta fascinante com o seu colega Paolo Gondolo para demonstrar indiretamente a existência de partículas de matéria escura.

Na verdade, certos modelos de partículas de matéria escura da física teórica de alto nível energias previu que essas partículas poderiam aniquilar, assim como um elétron e seu antipartículaO pósitron. Esses mesmos modelos transpostos para cosmologia nos permitiu pensar que concentrações de matéria escura devem se formar em torno do buracos negros supermassivos galáxias, o que encorajaria encontros e, portanto, aniquilações entre partículas de matéria escura. Em última análise, o centro das galáxias, incluindo e talvez especialmente a nossa Via Lácteativeram que se comportar como fontes compactas de fótons gama, mas também elétrons, pósitrons, prótonsdeantiprótons e neutrinos na radiação cósmica.

Joseph Silk é um cosmólogo renomado que ocupou cargos em três das principais universidades do mundo: a Universidade Johns Hopkins, a Sorbonne e a Universidade de Oxford. O Professor Silk é um dos maiores especialistas mundiais em cosmologia teórica, matéria escura, formação de galáxias e radiação cósmica de fundo em micro-ondas. Os seus estudos sobre a formação de galáxias e o trabalho sobre a dinâmica da perda de massa e mecanismos de feedback da formação e evolução estelar forneceram uma base essencial para trabalhos posteriores nesta importante área. Em 2011, ganhou o Prémio Balzan pelo seu trabalho pioneiro no Universo emergente. Para obter uma tradução francesa bastante precisa, clique no retângulo branco no canto inferior direito. As legendas em inglês devem aparecer. Em seguida, clique na porca à direita do retângulo, depois em “Legendas” e por fim em “Traduzir automaticamente”. Escolha “Francês”. © Colégio Gresham

Com seus colegas Pedro De la Torre Luque e Shyam Balaji, Joseph Silk questiona hoje o Zona Molecular Central (Zona Molecular Central ou ZMC em francês) uma região que se estende até o centro da Via Láctea e, portanto, está localizada no constelação de Sagitário. É um complexo de nuvens gigantes moleculares estimados em 60 milhões massas solar. O ZMC difere significativamente de outras regiões da Via Láctea em termos de densidade de gástemperatura e turbulência. Assim, a densidade molecular do gás é várias vezes maior ordens de grandeza ao do disco galáctico.

Aumento dos fluxos de partículas carregadas

Mas o que interessa aos astrofísicos de partículas é que várias medições indicam uma taxa deionização do moléculas H₂ surpreendentemente alta na Zona Molecular Central. No entanto, sabemos como modelar e estimar os fluxos de raios cósmicos na Via Láctea, envolvendo partículas carregadas produzidas por fontes clássicas, supernovasanãs brancas, etc. Acontece que esses fluxos não explicam taxas de ionização tão altas no ZMC.

Joseph Silk e os seus colegas demonstram agora que estas taxas podem ser explicadas com precisão postulando a aniquilação de partículas de matéria subescura.GeVou seja, partículas mais leves que as famosas Partículas Massivas de Interação Fraca (Wimps), que têm sido os candidatos mais frequentemente introduzidos em modelos de matéria escura em cosmologia e astrofísica. Lembre-se que em unidades de energia de acordo com a fórmula deEinstein E=mc²a massa de um próton é de cerca de 1 Gev e em colisões de prótons no LHC podemos teoricamente produzir partículas de matéria escura cuja massa seria precisamente da ordem de mil prótons. A dificuldade das partículas de matéria escura em detectá-las diretamente é que elas interagem muito fracamente com a matéria normal, essencialmente através de gravitação.

As partículas sub-Gev consideradas decaíram em pares de elétrons e pósitrons capazes de ionizar as moléculas. Notavelmente, estes pares também podem aniquilar dando fótons com energias da ordem de 511 keV (1 Gev vale 1 milhão de keV) e verifica-se que notamos um excesso de fótons com essas energias no centro da Galáxia cuja origem não sabemos muito bem explicar. Silk e seus colegas acham que seu trabalho se conecta facilmente a esses fótons de raios X.