Um novo modelo para explicar a matéria escura pode resolver 2 problemas na Física

Um modelo chamado self-interacting dark matter (SIDM) pode explicar problemas que os modelos anteriores sobre matéria escura apresentam.

Um novo modelo para matéria escura pode explicar alguns fenômenos que modelos antigos ainda não explicam
Um novo modelo para matéria escura pode explicar alguns fenômenos que modelos antigos ainda não explicam.

Cerca de 85% da matéria do Universo é de um tipo chamada de matéria escura enquanto todo o resto que vemos - matéria visível - consiste de apenas 15%. Em outras palavras, tudo que observamos não chega a ser nem metade da matéria que há no Universo. Nós vivemos em um Universo que nem sabemos direito o que é mais de 3/4 dele.

Esse é um dos motivos que a busca para compreender a matéria escura é uma área quente na Física. A matéria escura e energia escura são os tópicos principais dentro da Ciência e a pessoa que finalmente conseguir explicar o que é, provavelmente, levará o Nobel.

É isso que um grupo de pesquisadores da Universidade da Califórnia está buscando. Em um novo artigo publicado na Astrophysical Journal Letters, o grupo propôs um modelo chamado self-interacting dark matter (SIDM). Esse novo modelo consegue explicar dois problemas que outros modelos de matéria escura ainda anão responde.

Matéria escura

Até onde sabemos podemos dividir a matéria do Universo em dois tipos: matéria visível e matéria escura. A matéria visível, também chamada de matéria bariônica, consiste em tudo aquilo que observamos desde nós mesmos até estrelas e galáxias. O nome visível vem justamente por ela ter interação eletromagnética.

A interação eletromagnética permite que processos ocorram no qual fótons de luz são liberados, ou seja, radiação eletromagnética em diferentes comprimentos de onda.

A matéria escura é um tipo de matéria que não possui interação eletromagnética e não conseguimos observá-la através de nenhum tipo de luz. A existência da matéria escura só é detectada a partir de interações gravitacionais onde percebemos que há algo “invisível” interagindo com a matéria de galáxias e aglomerados.

Diferença de matéria escura e energia escura

Uma questão bastante comum é se matéria escura e energia escura estão associadas de alguma forma. Cada termo está associado com um fenômeno diferente. Enquanto a matéria escura está associada com um tipo de matéria que só interage gravitacionalmente, logo, de forma local, a energia escura está associada com escalas maiores.

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A energia escura é relacionada com a expansão do Universo. O Universo está se expandindo aceleradamente e a causa disso ainda é desconhecida. O nome para a “coisa” responsável por essa expansão se tornou energia escura. A energia escura é justamente aquilo que faz o Universo se expandir e não sabemos exatamente do que se trata.

Quais modelos atuais de matéria escura?

Nas últimas décadas, vários físicos e astrofísicos propuseram a explicar a matéria escura com diferentes modelos. Atualmente, as apostas estão altas para um modelo chamado cold dark matter ou CDM.

Nesse modelo, a matéria escura seria constituída de partículas com uma velocidade bem menor do que a da luz e facilmente se agrupariam juntas formando estruturas como aglomerados de galáxias e galáxias.

A natureza das partículas no CDM ainda é desconhecida apesar que muitos físicos colocam suas apostas em partículas chamadas WIMPs. WIMPs seriam partículas que interageriam fracamente mas ainda possuem massa, ou seja, a interação gravitacional seria detectável.

O problema da CDM

Apesar de ser o modelo favorável tanto por observações de estruturas no Universo quanto por simulações computacionais, a CDM ainda tem um caminho para explicar alguns aspectos. Um deles seria sobre halos com densidade alta de matéria escura em torno de galáxias elípticas e outro sendo sobre galáxias ultra-difusas.

Galáxia NGC 4150
A galáxia NGC 4150 é uma galáxia do tipo elíptica. Todas galáxias possuem um halo de matéria escura mas galáxias elípticas podem ser grandes o suficiente para ter halos ainda maiores. Crédito: Hubble

Esses dois aspectos seriam extremos opostos já que um trata sobre alta densidade de matéria escura enquanto o outro seria sobre quando a densidade é baixa. Essas são duas peças do quebra-cabeça que ainda faltam ser encaixadas pelo CDM.

SIDM

Para resolver esses problemas, o grupo da Universidade da Califórnia propôs um modelo chamado self-interacting dark matter ou SIDM. Nesse modelo, as partículas interageriam por algo que eles chamam de “força escura” e colisões ocorreriam principalmente nos centros das galáxias.

O grupo simulou o modelo utilizando simulações computacionais que explicariam observações dos dois aspectos citados acima. Eles chegaram a conclusão que essas colisões poderiam transferir calor e afetar a densidade naquela região e no halo. Isso poderia explicar os dois extremos.

Estamos próximos de encontrar a matéria escura?

A SIDM surge como uma proposta para a matéria escura mas há uma boa briga com outros modelos que assumem que a matéria escura não é colisional. Diversas observações mostraram que a matéria escura tem essa característica de não ser colisional e a SIDM terá que explicar essas observações.

Ainda é um caminho longo para a SIDM e outros modelos. A CDM ainda permanecerá por um tempo como a favorita dos físicos e, quem sabe, alguém confirme que ela é o modelo certo para explicar a matéria escura. Mas até lá é interessante novos modelos surgirem para explicar o que a CDM ainda não explica.