Descoberta de 'anã escura' pode abrir portas para decifrar o mistério da matéria escura

DNVN - Um estudo recém-publicado mostra que misteriosas “anãs escuras” podem fornecer pistas importantes, contribuindo para esclarecer a verdadeira natureza da matéria escura – um dos maiores mistérios da cosmologia moderna.

Uma nova classe proposta de objetos estelares, chamados anãs escuras, pode estar à espreita no centro da nossa galáxia. Essas estrelas tênues e de baixa massa podem ser alimentadas não pela fusão nuclear, mas pela aniquilação de partículas de matéria escura, o que poderia revelar a natureza elusiva de um dos maiores mistérios do universo. (Conceito artístico). Fonte: SciTechDaily.

Publicado no Journal of Astrophysics and Nuclear Astrophysics, a equipe de pesquisadores do Reino Unido e do Havaí apresentou o conceito de anãs escuras e descreveu como os humanos podem detectá-las usando instrumentos existentes, incluindo o Telescópio Espacial James Webb. O nome "anãs escuras" não se deve ao fato de serem inerentemente escuras, mas sim à sua íntima ligação com a matéria escura – uma matéria que permanece no cerne da astrofísica e da cosmologia atualmente.

“Acreditamos que 25% do universo seja composto por um tipo de matéria que não emite luz, o que o torna invisível a olho nu e a telescópios. Só podemos detectá-lo por meio de seus efeitos gravitacionais. É por isso que o chamamos de matéria escura”, explicou o coautor do estudo, Professor Jeremy Sakstein, da Universidade do Havaí.

Embora a existência da matéria escura tenha sido confirmada e os cientistas tenham observado seu comportamento, sua verdadeira natureza permanece um mistério. Nos últimos 50 anos, muitas hipóteses foram propostas, mas nenhuma foi apoiada por dados experimentais sólidos. Estudos como este visam fornecer métodos práticos para nos aproximarmos de uma resposta final.

Entre os principais candidatos à matéria escura estão as Partículas Massivas de Interação Fraca (WIMPs) – partículas com massas extremamente grandes que interagem muito fracamente com a matéria comum. Elas atravessam tudo quase sem serem detectadas, não emitem luz, não são afetadas por forças eletromagnéticas e, portanto, não refletem luz e permanecem invisíveis. As WIMPs só podem ser detectadas indiretamente, por meio de sua influência gravitacional. Este também é o tipo de matéria escura necessária para a existência de anãs escuras.

Ilustração de uma anã negra. Fonte: Imagem criada pela equipe do Sissa Medialab usando o Adobe Illustrator.

"A matéria escura pode interagir gravitacionalmente, ficando presa nas estrelas e se acumulando dentro delas. Quando isso acontece, ela pode interagir consigo mesma e se aniquilar, liberando energia que aquece a estrela", explica Sakstein.

Estrelas regulares, como o Sol, brilham através da fusão nuclear em seus núcleos, quando têm massa suficiente para que a gravidade comprima a matéria a ponto de desencadear reações entre os núcleos atômicos, liberando enormes quantidades de energia que vemos como luz. Anãs escuras, por outro lado, também brilham, mas não através da fusão nuclear.

"Anãs escuras são muito pequenas, com apenas cerca de 8% da massa do Sol", disse Sakstein. Massas tão baixas não são suficientes para iniciar reações de fusão. Portanto, esses objetos, embora comuns no universo, geralmente emitem apenas um brilho fraco devido à energia gerada por seu pequeno colapso gravitacional, sendo chamados de anãs marrons.

No entanto, quando existem em regiões ricas em matéria escura, como o centro da Via Láctea, as anãs marrons podem se transformar em outras formas. "Esses objetos coletam matéria escura, o que os torna anãs escuras", enfatizou Sakstein. "Quanto mais matéria escura ao redor deles, mais eles coletam. E quanto mais matéria escura eles acumulam, mais energia podem gerar a partir de sua aniquilação."

Mas todas essas teorias só funcionam para um certo tipo de matéria escura. "Para que anãs escuras existam, a matéria escura deve ser composta de WIMPs, ou quaisquer partículas massivas que possam interagir entre si para criar matéria visível", disse Sakstein. Outras teorias, como áxions, neutrinos estéreis ou partículas ultraleves fracas, são leves demais para produzir o efeito desejado. Somente partículas massivas que podem interagir e se aniquilar em energia visível forneceriam energia suficiente para anãs escuras.

Mas para que essa hipótese seja válida, é necessário um método específico para identificar anãs escuras. Assim, Sakstein e seus colegas propõem uma assinatura: Lítio-7. Este é um elemento que queima muito rapidamente em estrelas normais e desaparece rapidamente. "Se você encontrar um objeto que se pareça com uma anã escura, poderá verificar se há traços de Lítio-7. Se ainda estiver lá, não pode ser uma anã marrom ou algo parecido", explica Sakstein.

Acredita-se que instrumentos modernos como o Telescópio Espacial James Webb sejam capazes de detectar objetos extremamente frios, como anãs escuras. Sakstein sugere uma abordagem diferente: "Outra opção é analisar toda a população e, em seguida, questionar estatisticamente se uma população adicional de anãs escuras deve ser incluída para melhor caracterizá-la."

Se os cientistas identificarem uma ou mais anãs escuras nos próximos anos, isso será suficiente para sustentar a hipótese de que a matéria escura é composta por WIMPs? "Com bastante força", respondeu Sakstein. "Com candidatos leves à matéria escura, como áxions, não creio que encontraremos nada que se pareça com uma anã escura. Elas não se acumulam no interior das estrelas. Se encontrarmos anãs escuras, seria uma forte evidência de que a matéria escura é massiva e interage fortemente consigo mesma, mas apenas fracamente com o modelo padrão. Isso inclui WIMPs e alguns outros modelos exóticos."

No entanto, ele também observou que a descoberta de anãs escuras não significa necessariamente que a matéria escura seja uma WIMP, mas pode ser uma WIMP ou outra forma de matéria que se comporta de forma semelhante a uma WIMP.

Se essa hipótese for confirmada, ela abrirá novas direções de pesquisa, potencialmente lançando luz sobre um dos maiores mistérios do universo.

La Khe (de acordo com o SciTech Daily)

Fonte: https://doanhnghiepvn.vn/cong-nghe/phat-hien-sao-lun-toi-co-the-mo-canh-cua-giai-ma-bi-an-vat-chat-toi/20250905082132203