Estima-se que a matéria escura compõe cerca de 85% de toda a matéria do Universo, mas sua natureza ainda não é bem compreendida. Agora, um novo estudo propõe a teoria da “matéria escura autointeragente”, onde ela é formada por partículas que interagem entre si através da “força escura”. Caso isso seja verdade, a teoria poderia explicar dois quebra-cabeças da astrofísica.
Para quem tem pressa:
- A pesquisa recente propõe um modelo alternativo para os modelos da matéria escura fria que é capaz de explicar as diferentes densidades de halos de matéria escura em galáxias;
- As diferentes densidades nesses halos foram observadas a partir das lentes gravitacionais;
- Na nova pesquisa, é sugerido que as autointerações da matéria escura, poderia explicar essas diferenças de densidade.
A pesquisa, publicada recentemente no The Astronomical Journal, foi conduzida pelo físico Hai-Bo Yu e funciona como uma alternativa para as teorias da matéria escura fria, que sugere que ela é constituída por partículas massivas de movimento lento, interação fraca e que não colidem entre si.
O grande problema desses modelos é que eles não explicam dois problemas da astrofísica que estão relacionados aos halos de matéria escura que envolvem as galáxias.
O primeiro é um halo de matéria escura de alta densidade em uma enorme galáxia elíptica. O halo foi detectado através de observações de fortes lentes gravitacionais, e sua densidade é tão alta que é extremamente improvável na teoria predominante da matéria escura fria. A segunda é que os halos de matéria escura de galáxias ultradifusas têm densidades extremamente baixas e são difíceis de explicar pela teoria da matéria escura fria.
Hai-Bo Yu, em comunicado
A matéria escura não interage com a luz, fazendo dela invisível para nós. No entanto, ela possui massa e por causa disso exerce força gravitacional. Isso pode ser percebido, quando a luz passa em torno das galáxias e aglomerados e é distorcida, fazendo-as parecer deslocadas para outros locais do espaço.
Esse efeito é conhecido como lentes gravitacionais, e foi ele o que permitiu os cientistas determinarem que a maioria das galáxias, se não todas, estão envoltas em um halo dessa matéria invisível. Além disso, o efeito também permitiu que a densidade desses halos fosse medida, e é aí que entra o problema.
Os halos mais densos são responsáveis por lentes gravitacionais mais fortes do que aqueles em torno de galáxias de baixo brilho com gás e estrelas dispersas, conhecidas como ultradifusas. Mas os pesquisadores, até então, não conseguiam explicar essa diferença de densidades.
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Diferentes densidades dos halos de matéria escura
Para resolver esse quebra-cabeça, Yu e sua equipe realizaram simulações de alta resolução de estruturas cósmicas baseadas em observações astronômicas reais utilizando inteligência artificial. Nelas, eles consideraram fortes autointerações da matéria escura em escalas de massa associadas a halos de lentes fortes e galáxias ultradifusas.
Essas autointerações levam à transferência de calor no halo, o que diversifica a densidade do halo nas regiões centrais das galáxias. Por outras palavras, alguns halos têm densidades centrais mais altas, e outros têm densidades centrais mais baixas, em comparação com os seus homólogos de matéria escura fria, com detalhes dependendo da história da evolução cósmica e do ambiente de halos individuais.
Ethan Nadler, coautor do estudo
Assim, a matéria escura autointeragindo a partir da força escura poderia oferecer explicações para problemas que o modelo de matéria escura fria não é capaz de resolver. Além disso, agora existe a possibilidade de que essa matéria invisível seja mais complexa e vibrante do que pensávamos.
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