Brilho de 20 GeV no halo da Via Láctea pode ser pista de matéria escura, dizem dados do Fermi

Um brilho inédito no halo da Via Láctea

Um brilho estranho - e até agora nunca registado - na região do halo da nossa galáxia pode ser a pista mais forte já encontrada para a matéria escura.

Uma nova análise, baseada em 15 anos de observações do Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi, identificou um excesso de raios gama com energia invulgarmente elevada que não se encaixa com facilidade em nenhuma origem conhecida.

Para o astrónomo Tomonori Totani, da Universidade de Tóquio, no Japão, uma possibilidade é que essa radiação seja produzida quando partículas hipotéticas de matéria escura colidem e se aniquilam mutuamente.

Não é a primeira vez que se procura um brilho desse tipo. A diferença é que, agora, foi encontrado um sinal cujo pico ocorre exactamente neste nível de energia no halo galáctico - a grande “bolha” de gás e radiação que envolve a Via Láctea.

Totani descreve o achado assim: "Detectámos raios gama com uma energia de fóton de 20 gigaelétron-volts (ou 20 mil milhões de elétron-volts, uma quantidade de energia extremamente grande) estendendo-se numa estrutura semelhante a um halo em direcção ao centro da galáxia Via Láctea".

Segundo ele, "A componente de emissão de raios gama corresponde de perto à forma esperada do halo de matéria escura".

Matéria escura, WIMPs e a assinatura prevista em raios gama

A matéria escura continua a ser um dos grandes enigmas do Universo. Ela aparece para nós como uma gravidade “a mais” - um efeito que não dá para explicar apenas pela soma da matéria que conseguimos observar.

As estimativas indicam que a matéria comum representa somente cerca de 16 por cento da distribuição de matéria do Universo. Os 84 por cento restantes seriam matéria escura, cuja natureza ainda é desconhecida.

Entre os principais candidatos para explicar esse componente invisível está uma classe hipotética de partículas conhecida como partículas massivas de interacção fraca, ou WIMPs. De acordo com a teoria, quando WIMPs e as suas antipartículas se chocam, elas se aniquilam; nesse processo, surge uma cascata de várias partículas - incluindo fótons de raios gama que, em princípio, podem ser detectados.

É aqui que o novo sinal entra como “migalha de pão”: se houver um brilho de raios gama sem uma fonte identificável de forma clara, existe a possibilidade de ele ter sido gerado pela aniquilação de matéria escura.

Já foram feitas buscas com essa finalidade, mas, até agora, os resultados não permitem uma conclusão.

Uma área particularmente visada é o centro galáctico, onde se acredita que a densidade de matéria escura seja muito elevada e, portanto, o sinal da sua presença deva ser mais intenso. De facto, já surgiram indícios de um excesso de raios gama nessa região.

Em comparação, o halo galáctico tem sido menos explorado nesse tipo de procura. Qualquer assinatura ali tende a ser muito mais fraca do que no centro da galáxia, o que torna a detecção muito mais difícil logo à partida.

Por outro lado, o halo não é tão repleto de fontes de raios gama quanto o centro galáctico, onde se supõe existir uma população de pulsares de milissegundo espalhados. Isso significa que, se houver um sinal no halo, ele pode ser “mais limpo”, com menos contaminação por fontes concorrentes.

Como o Fermi e 15 anos de dados revelaram o excesso - e por que ainda não é prova

Para lidar com o problema de um sinal tão ténue, Totani recorreu a algumas estratégias. A primeira foi dispor de um conjunto de dados fora do comum: 15 anos de observações obtidas pelo Telescópio de Grande Área do Fermi.

Como o halo é muito pouco luminoso, os raios gama ali são relativamente raros. Para aplicar uma análise estatística capaz de evidenciar um excesso, é necessário acumular um número significativo de fótons. Além disso, ampliar a base de dados ajuda a melhorar a relação sinal-ruído, aumentando a robustez das medições.

Na análise, Totani confrontou as observações com fontes já conhecidas de emissão de raios gama no halo galáctico, incluindo as bolhas de Fermi e fontes pontuais. Depois de contabilizar essas contribuições, o que restou de emissão foi organizado num mapa.

Esse mapa final revelou uma região extensa, esférica e semelhante a um halo, com emissão fraca de raios gama e um pico em 20 gigaelétron-volts - um valor dentro do intervalo previsto para a aniquilação de WIMPs. Isso ainda está longe de ser uma prova definitiva, mas é suficientemente sugestivo para justificar novas verificações.

Totani afirma: "Se isto estiver correcto, até onde sei, marcaria a primeira vez que a humanidade ‘viu’ matéria escura". E acrescenta: "E acontece que a matéria escura é uma nova partícula que não está incluída no actual Modelo Padrão da física de partículas. Isto significa um grande avanço na astronomia e na física".

Ainda assim, é possível que não seja tão simples. Para confirmar o resultado, será preciso muito mais trabalho: análises independentes do mesmo conjunto de dados para tentar reproduzir o excesso, estudos para avaliar se outros processos astrofísicos conseguem gerar um brilho semelhante, e também investigações em outros ambientes - como galáxias anãs - à procura de halos parecidos.

Esse esforço deve levar tempo, provavelmente anos.

Mesmo assim, encontrar um excesso de raios gama com a energia e a geometria previstas para a aniquilação de matéria escura é um passo interessante na direcção de responder à questão da matéria escura - colocada pela primeira vez pelo astrónomo suíço Fritz Zwicky há quase um século.

A pesquisa foi publicada na Revista de Cosmologia e Física de Astropartículas.