Um signal incomum captado por um observatório espacial europeu poderá vir a ser a primeira detecção direta de partículas de matéria escura, segundo astrônomos.
As descobertas são incertas, e sua verificação poderá levar anos, mas se confirmadas, elas representariam um importante avanço na compreensão do universo pelos cientistas.
A matéria escura não pode ser vista, mas acredita-se que essa misteriosa substância consista em 85% de toda a matéria do universo. Acredita-se que a teia de matéria escura que permeia o espaço dê ao cosmos sua estrutura, embora até agora ela tenha escapado da detecção direta pelos físicos.
Pesquisadores da Universidade de Leicester identificaram o curioso sinal em 15 anos de medições feitas pelo observatório orbital XMM-Newton. Eles perceberam que a intensidade dos raios X registrados pela espaçonave aumentaram cerca de 10% sempre que ele observava a extremidade do campo magnético da Terra que está voltada para o Sol.
Andy Read, um dos astrônomos da equipe, disse que os modelos convencionais do universo não conseguiram explicar o efeito. Uma vez que as galáxias, estrelas e outras brilhantes fontes de raios X tenham sido filtradas, disse, a intensidade dos raios X no espaço deverá ser a mesma onde quer que as medições sejam feitas.
Sem explicação ma f[isica tradicional, os cientistas procuraram por teorias mais incomuns. Uma delas parece ter se encaixado. Ela trata de partículas teóricas de matéria escura chamadas axions fluindo do núcleo do Sol e produzindo raios X ao se chocarem com o campo magnético da Terra.
“Se o modelo estiver correto, pode muito bem ser os axions que nós estamos vendo, e eles poderiam explicar um componente da matéria escura que todos pensam existir,” disse Read.
“A variação dos raios X de fundo é sólida e muito interessante. Qual poderia ser a causa? Bem, nós tentamos todas as explicações tradicionais, mas nenhuma delas funcionou, então, fomos atrás de ideias mais exóticas,” acrescentou.
Martin Barstow, presidente da Royal Astronomical Society, disse: “Este é um resultado maravilhoso. Se for confirmado, esta terá sido a primeira detecção direta e identificação das furtivas partículas de matéria escura, e terão um impacto fundamental sobre nossas teorias do universo.”
O autor sênior do estudo, George Fraser, morreu no dia seguinte àquele em que o relatório foi apresentado ao Monthly Notices da Real Sociedade Astronômica. No artigo, ele escreveu: “Parece plausível que os axions – que podem ser partículas de matéria escura – sejam de fato produzidos no núcleo do Sol e realmente se convertam em raios X no campo magnético da Terra.”
Pesquisadores vêm debatendo sobre a existência da matéria escura desde 1933, quando o astrônomo suíço Fritz Zwicky percebeu que algum material que não era visível exerceu uma atração gravitacional em uma galáxia distante. Há atualmente vários experimentos à procura da matéria escura, mas nenhum deles até agora encontrou provas concretas da existência das partículas.
“O plano de fundo de raios X – o céu, após a remoção das fontes brilhantes de raios X – parece inalterado quando quer que se olhe para ele,” disse Read. “Entretanto nós descobrimos um sinal sazonal neste plano de fundo de raios X, para o qual não há uma explicação convencional, mas é consistente com a descoberta dos axions.”
“Essas emocionantes descobertas, no artigo final de George, poderiam ser de fato inovadoras, potencialmente abrindo caminho para uma nova física, e poderiam ter grandes implicações, não só para a nossa compreensão do real céu de raios X, mas também para identificar a matéria escura que domina o conteúdo de massa do cosmos,” acrescentou.
Se o grupo de Leicester detectou partículas de axions, essas entidades fantasmagóricas são incrivelmente leves, com uma massa ao redor de um centésimo bilionésimo de um elétron.
Read disse que um sinal similar gavia sido detectado pelo Observatório Chandra de raios X. No entanto poderá levar algum tempo para se confirmar o signal. “Dentro de alguns anos, poderemos duplicar o conjunto de dados do XMM-Newton e olhar para isso com maior precisão,” disse.
Christian Beck, que trabalhou com axions em Queen Mary, na Universidade de Londres, disse: “Axions de matéria escura, ou partículas semelhantes a axions, poderiam ser responsáveis por isso, já que podem se converter em fótons no campo magnético da Terra. A descoberta poderia ser potencialmente muito importante.”
“O que está menos claro, no entanto, é se alguma outra explicação do efeito medido pode ser excluída,” acrescentou. “Uma verdadeira descoberta da matéria escura que seja convincente para a maioria dos cientistas exigiria resultados consistentes de vários experimentos diferentes, utilizando-se diferentes métodos de detecção, além do que foi observado pelo grupo de Leicester.”
Tradução de Luiz Leitão
Dark matter particles known as axions streaming from the sun, converting in Earth’s magnetic field (red) to x-rays, which are detected by the XMM-Newton observatory.Illustration: University of Leicester
An unusual signal picked up by a European space observatory could be the first direct detection of dark matter particles, astronomers say.
The findings are tentative and could take several years to check, but if confirmed they would represent a dramatic advance in scientists’ understanding of the universe.
Dark matter cannot be seen, but the mysterious substance is thought to make up around 85% of all the matter in the universe. The web of dark matter that stretches through space is believed to give the cosmos its structure, although so far it has eluded direct detection by physicists.
Researchers at Leicester University spotted the curious signal in 15 years of measurements taken by the European Space Agency’s orbiting XMM-Newton observatory. They noticed that the intensity of x-rays recorded by the spacecraft rose around 10% whenever it observed the boundary of Earth’s magnetic field that faces towards the sun.
Andy Read, an astronomer on the team, said that conventional models of the universe failed to explain the effect. Once galaxies, stars and other bright x-ray sources have been filtered out, he said, the intensity of x-rays in space was expected to look the same whenever measurements were taken.
With no explanation in traditional physics, the scientists looked to more outlandish theories. One seemed to fit the bill. It called for theoretical particles of dark matter called axions streaming from the core of the sun and producing x-rays when they slammed into Earth’s magnetic field.
“If the model is right then it could well be axions that we are seeing and they could explain a component of the dark matter that everyone thinks exists,” Read told the Guardian.
“The variation in background x-rays is solid and really interesting. What could it be down to? Well, we tried all the traditional explanations, but none of those worked, so we went to these more exotic ideas,” he added.
Martin Barstow, president of the Royal Astronomical Society, said: “This is an amazing result. If confirmed, it will be the first direct detection and identification of the elusive dark matter particles and will have a fundamental impact on our theories of the universe.”
The senior author on the study, George Fraser, died the day after the report was submitted to the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. In the paper, he wrote: “It appears plausible that axions – dark matter particle candidates – are indeed produced in the core of the sun and do indeed convert to x-rays in the magnetic field of the Earth.”
Researchers have debated the existence of dark matter since 1933 when the Swiss astronomer Fritz Zwicky noticed that some unseen material exerted a gravitational pull on a distant galaxy. Several experiments are currently searching for dark matter, but none has found concrete evidence for the particles.
“The x-ray background – the sky, after the bright x-ray sources are removed – appears to be unchanged whenever you look at it,” said Read. “However, we have discovered a seasonal signal in this x-ray background, which has no conventional explanation, but is consistent with the discovery of axions.”
“These exciting discoveries, in George’s final paper, could be truly groundbreaking, potentially opening a window to new physics, and could have huge implications, not only for our understanding of the true x-ray sky, but also for identifying the dark matter that dominates the mass content of the cosmos,” he added.
If the Leicester group has detected axion particles, the ghostly entities are incredibly light, with a mass of around a hundred billionth of an electron.
Read said that a similar signal had been detected by Nasa’s Chandra X-ray Observatory. It could take some time to confirm the signal, though. “In a few years, we might be able to double the dataset from XMM-Newton and look at this with more precision,” he said.
Christian Beck, who has worked on axions at Queen Mary, University of London, said: “Dark matter axions, or axion-like particles, could be responsible for this as they can convert to photons in the magnetic field of the Earth. The discovery could potentially be very important.”
“What’s less clear, however, is whether any other explanation of the measured effect can be excluded,” he added. “A true discovery of dark matter that is convincing for most scientists would require consistent results from several different experiments using different detection methods, in addition to what has been observed by the Leicester group.”
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