Traduzido por Julio Batista
Original de Paul Sutter para a Live Science
Observações sugerem que o gás intergaláctico em nosso Universo é um pouco mais quente do que deveria. Recentemente, uma equipe de astrofísicos usou sofisticadas simulações de computador para propor uma solução radical: uma forma exótica de matéria escura conhecida como “fótons escuros” pode estar aquecendo o espaço.
Essas partículas estranhas seriam as portadoras de uma nova quinta força da natureza que a matéria normal não experimenta, mas ocasionalmente esses fótons escuros podem inverter suas identidades para se tornarem fótons regulares, fornecendo uma fonte de calor.
Neutro como shampoo
Poderíamos encontrar esses fótons escuros observando o gás intergaláctico usando o que é conhecido como ‘bosque de Lyman-alfa’. Quando observamos a luz de um objeto distante e brilhante, como um quasar (objetos brilhantes alimentados por buracos negros nos centros de galáxias distantes), há uma série de lacunas em um espectro suave de luz desse objeto distante.
Eis o porquê: essa luz tem que passar por bilhões de anos-luz de gás para chegar até nós. Ocasionalmente, essa luz passará por um aglomerado relativamente denso de hidrogênio neutro – um tipo de hidrogênio que consiste em um próton e um nêutron e que permeia as nuvens de gás em todo o Universo.
A maior parte dessa luz passará inalterada, mas um comprimento de onda muito específico da luz será absorvido. Esse comprimento de onda corresponde à diferença de energia necessária para levar um elétron do primeiro ao segundo nível de energia dentro dos átomos de hidrogênio.
Quando os astrônomos observarem a luz proveniente desse objeto, ele parecerá normal, exceto por uma lacuna no comprimento de onda dessa transição de energia específica, conhecida como linha de Lyman-alfa.
A luz do objeto distante passará por várias nuvens e aglomerados de hidrogênio neutro. A expansão do universo faz com que as lacunas se desviem para o vermelho em diferentes comprimentos de onda, com uma nova lacuna aparecendo em um comprimento de onda diferente, dependendo da distância para as nuvens de gás específicas. O resultado final disso é o “bosque”: uma série de linhas e lacunas no espectro.
A chapa tá esquentando
Essas lacunas de Lyman-alfa também podem ser usadas para medir a temperatura de cada nuvem de gás. Se o hidrogênio neutro estivesse perfeitamente imóvel, a lacuna apareceria como uma linha incrivelmente fina. Mas se as moléculas individuais estiverem se movendo, a lacuna aumentará por causa da energia cinética dessas moléculas. Quanto mais quente o gás, mais energia cinética as moléculas têm e maior o intervalo.
Em um paper publicado em novembro na revista Physical Review Letters, uma equipe de astrofísicos apontou que, ao usar esse método, vemos que as nuvens de gás que se espalham entre as galáxias são um pouco quentes demais. As simulações de computador da evolução dessas nuvens de gás preveem que elas sejam apenas um pouco mais frias do que observamos, e talvez algo esteja aquecendo essas nuvens que não é atualmente considerado em nossas simulações astrofísicas.
Uma possível explicação para essa discrepância é a presença de “fótons escuros” em nosso Universo, afirmaram os autores do estudo. Esta é uma forma muito hipotética de matéria escura, a misteriosa substância invisível que representa cerca de 80% de toda a massa do Universo, mas não parece interagir com a luz.
Como os astrônomos atualmente não entendem a identidade da matéria escura, o campo está aberto com possibilidades sobre o que poderia ser. Nesse modelo, em vez da matéria escura ser feita de partículas invisíveis (como uma versão fantasmagórica de elétrons, por exemplo), ela seria feita de um novo tipo de portador de força – isto é, um tipo de partícula que medeia as interações entre outras partículas.
Uma escuridão quente e difusa
O fóton é o portador de força do eletromagnetismo – é o que cria eletricidade, magnetismo e luz. Os fótons escuros seriam um portador de força para uma nova força da natureza que não opera nas escalas usuais nos cenários usuais (por exemplo, em nossos laboratórios ou dentro do Sistema Solar, onde de outra forma já o teríamos observado).
De acordo com os autores do estudo, os fótons escuros ainda teriam um pouquinho de massa e, portanto, ainda poderiam explicar a matéria escura. Além disso, por serem portadores de força, eles também podem interagir entre si e com outras potenciais partículas de matéria escura. Nos modelos investigados pela equipe de astrofísicos, os fótons escuros são capazes de mais um truque: podem ocasionalmente se transformar em um fóton regular.
Em termos físicos, os fótons escuros podem se “misturar” com os fótons regulares, muito raramente trocando de identidade. Quando fizessem isso, o fóton recém-criado passaria a fazer o que os fótons comuns sempre fazem: esquentar as coisas. Os pesquisadores realizaram as simulações primordiais da evolução do Universo, incluindo os efeitos desses fótons escuros que mudam de forma. Eles descobriram que uma combinação particular de massa de fóton escuro e a probabilidade de se transformar em um fóton regular poderia explicar a discrepância de aquecimento.
Este resultado está muito longe de ser uma prova definitiva para a existência de fótons escuros. Uma gama de possibilidades também poderia explicar os resultados de Lyman-alfa, como observações imprecisas ou uma má compreensão do aquecimento comum astrofísico entre as galáxias. Mas é uma pista intrigante, e os resultados podem ser usados como um meio para continuar explorando a viabilidade dessa ideia exótica.
