Prevê-se que a matéria escura, composta por partículas que não refletem, emitem ou absorvem luz, constitui a maior parte da matéria do universo. Sua falta de interação com a luz, entretanto, impede sua detecção direta por métodos experimentais convencionais.
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Os físicos têm tentado desenvolver métodos alternativos para detectar e estudar a matéria escura durante décadas, mas muitas questões sobre a sua natureza e a sua presença na nossa galáxia permanecem sem resposta. Experimentos Pulsar Timing Array (PTA) têm tentado sondar a presença das chamadas partículas ultraleves de matéria escura, examinando o tempo de um conjunto de pulsares de rádio galácticos de milissegundos (ou seja, objetos celestes que emitem pulsos regulares de ondas de rádio de milissegundos).
O European Pulsar Timing Array, uma equipe multinacional de pesquisadores baseados em diferentes institutos que utiliza 6 radiotelescópios em toda a Europa para observar pulsares específicos, analisou recentemente a segunda onda de dados que recolheram. O seu artigo, publicado na Physical Review Letters, estabelece restrições mais rigorosas sobre a presença de matéria escura ultraleve na Via Láctea.
“Este artigo foi basicamente o resultado do meu primeiro projeto de doutorado”, disse Clemente Smarra, coautor do artigo, ao Phys.org. “A ideia surgiu quando perguntei ao meu supervisor se eu poderia realizar pesquisas com foco na ciência das ondas gravitacionais, mas do ponto de vista da física de partículas. O objetivo principal do projeto era restringir a presença da chamada matéria escura ultraleve em nossa galáxia.”
A matéria escura ultraleve é uma candidata hipotética à matéria escura, composta de partículas muito leves que poderiam potencialmente resolver mistérios de longa data no campo da astrofísica. O recente estudo de Smarra e seus colegas teve como objetivo sondar a possível presença deste tipo de matéria escura na nossa galáxia, através de dados recolhidos pelo European Pulsar Timing Array.
“Fomos inspirados pelos esforços anteriores neste campo, especialmente pelo trabalho de Porayko e dos seus colaboradores”, disse Smarra. “Graças à maior duração e à maior precisão do nosso conjunto de dados, fomos capazes de impor restrições mais rigorosas à presença de matéria escura ultraleve na Via Láctea,”
O artigo recente do European Pulsar Timing Array faz suposições diferentes daquelas feitas por outros estudos realizados no passado. Em vez de investigar as interações entre a matéria escura e a matéria comum, assume que estas interações só ocorrem através de efeitos gravitacionais.
“Assumimos que a matéria escura interage com a matéria comum apenas através da interação gravitacional”, explicou Smarra. “Esta é uma afirmação bastante robusta: na verdade, a única coisa certa que sabemos sobre a matéria escura é que ela interage gravitacionalmente. Em poucas palavras, a matéria escura produz poços potenciais nos quais os feixes de rádio do pulsar viajam. Mas a profundidade desses poços é periódico no tempo, portanto, o tempo de viagem dos feixes de rádio dos pulsares para a Terra também muda com uma periodicidade distinta.”
Ao procurar este efeito específico na segunda onda de dados divulgados pelo European Pulsar Timing Array, Smarra e os seus colegas conseguiram estabelecer novas restrições à presença de matéria escura ultraleve em torno dos pulsares. O European Pulsar Timing Array recolhe estes dados há quase 25 anos, utilizando 6 sofisticados radiotelescópios situados em diferentes locais da Europa.
“Com base nas nossas análises, podemos excluir que partículas ultraleves numa gama específica de massas possam constituir a quantidade total de matéria escura,” disse Smarra. “Portanto, se estivessem lá, ainda precisaríamos de algo mais para explicar o que vemos. E este resultado é bastante robusto, já que nos concentramos na interação gravitacional da matéria escura, que é a única coisa que sabemos com certeza.”
O trabalho recente do European Pulsar Timing Array mostra que partículas ultraleves com massas de 10−24,0 eV≲m≲10−23,3 eV não podem constituir 100% da densidade local medida de matéria escura e podem ter no máximo uma densidade local de ρ≲0,3 GeV/ cm3. Estas novas restrições poderiam orientar futuras pesquisas nesta área, potencialmente informando pesquisas futuras para este indescritível candidato à matéria escura.
“Atualmente estou planejando explorar se os pulsares têm assinaturas que nos podem dizer algo mais sobre a matéria escura”, acrescentou Smarra. “Além disso, estou geralmente interessado na ciência PTA; portanto, também gostaria de trabalhar na modelagem astrofísica de sistemas binários de buracos negros supermassivos, que se acredita serem uma explicação convincente para a onda gravitacional estocástica de fundo que observamos recentemente.”
Traduzido por Mateus Lynniker de Phys.Org
