Traduzido por Julio Batista
Original de Michelle Starr para o ScienceAlert
Podemos não ter encontrado muitos sistemas planetários como o nosso próprio Sistema Solar. Ainda assim, há uma coisa que eles parecem ter em comum: eles parecem ser feitos da boa e velha matéria bariônica comum – você sabe, o material de que nosso sistema planetário é feito.
Mas e se houver planetas lá fora feitos de outras coisas: partículas fora do Modelo Padrão? E se houver planetas feitos do material misterioso que chamamos de matéria escura?
Ninguém pode responder a essa pergunta de uma forma ou de outra, pelo menos não com nosso conhecimento atual. Mas uma equipe de cientistas liderada pelo físico teórico Yang Bai, da Universidade de Wisconsin-Madison, EUA, queria saber como esses planetas hipotéticos se manifestariam – e se poderíamos detectá-los se fossem reais.
A resposta curta é sim, se certas condições forem atendidas, e os pesquisadores expuseram o porquê em um paper publicado no servidor de pré-publicação arXiv.
Existem muitos mistérios pendentes neste nosso Universo, mas um dos maiores deve ser a matéria escura. Não sabemos o que é a matéria escura e não sabemos como ela é ou de que é feita. A única coisa que sabemos com certeza é que a gravidade no Universo excede seriamente a quantidade de matéria bariônica.
Depois de contabilizar cada galáxia, cada estrela e cada nuvem de poeira flutuando silenciosa e escura entre as estrelas, ainda há muito mais gravidade do que deveria haver. Não sabemos o que é responsável por isso, mas chamamos essa fonte misteriosa de matéria escura, e há vários candidatos teóricos que os cientistas estão investigando.
Em termos gerais, esses candidatos podem ser divididos em duas categorias: partículas únicas e compostos, incluindo bolhas macroscópicas de matéria escura, ou Macros, que podem ter massas em escala planetária. E, como Bai e seus colegas explicaram, “um estado macroscópico de matéria escura com sua massa e/ou raio semelhante aos de um planeta se comportará como um exoplaneta escuro se estiver vinculado a um sistema estelar, mesmo que a física subjacente do objeto se assemelhe algo totalmente diferente.”
Nossos métodos atuais de detecção de exoplanetas são amplamente, atualmente, baseados no efeito que um exoplaneta tem na luz de sua estrela hospedeira. Também podemos usar essas informações para medir as propriedades do exoplaneta.
Um exoplaneta passando entre nós e sua estrela, uma passagem conhecida como trânsito, fará com que a luz da estrela diminua um pouco. Os astrônomos podem medir a profundidade do escurecimento para calcular o raio do exoplaneta. Os exoplanetas também fazem com que suas estrelas se movam um pouco, pois as duas se movem em torno de um centro de gravidade mútuo, detectável em mudanças no comprimento de onda da luz da estrela. A quantidade de movimento, chamada velocidade radial, pode ser usada para calcular a massa do exoplaneta.
Ver gif: animação mostrando como a velocidade radial é medida.
Com essas medições em mãos, podemos calcular a densidade de um exoplaneta e, assim, determinar do que ele é formado. Uma densidade baixa, como a de Júpiter, implica uma enorme atmosfera de baixa densidade, um gigante gasoso. Uma densidade maior, como a da Terra, implica uma composição rochosa. Geralmente, o primeiro tem raios maiores e o segundo menor.
De acordo com Bai e seus colegas, isso poderia ser usado para detectar potenciais exoplanetas de matéria escura. Um exoplaneta de matéria escura pode ter propriedades diferentes das esperadas de exoplanetas comuns de maneiras que desafiam nossa compreensão atual da formação do planeta. Você pode obter um exoplaneta mais denso que o ferro, por exemplo, ou um de densidade tão baixa que sua existência é impossível de explicar.
Atualmente, nenhum desses resultados atípicos foi identificado, mas quem sabe um dia?
Além disso, os astrônomos conseguiram sondar as atmosferas de exoplanetas com base em dados de trânsito. Eles medem o espectro de luz da estrela durante os trânsitos e o comparam com a luz da estrela normalmente, procurando por comprimentos de onda mais escuros e mais brilhantes.
Isso significa que alguma luz foi absorvida e/ou reemitida por moléculas na atmosfera do exoplaneta; os cientistas podem analisar esses dados para determinar quais são essas moléculas. Se o espectro de trânsito revelar algumas anomalias sérias, isso pode indicar a presença de um exoplaneta de matéria escura.
Se a velocidade radial sugere que um exoplaneta deve transitar, e então nenhum trânsito é observado, isso pode ser uma pista apontando para exoplanetas de matéria escura. E se um escurecimento de trânsito, conhecido como curva de luz, exibe uma forma inesperada, isso também pode ser uma pista.
“Devido à sua força de interação minúscula, mas constante, com as partículas do Modelo Padrão, o exoplaneta de matéria escura pode não ser completamente opaco, tornando uma forma de curva de luz distinguível de um exoplaneta comum”, escreveram os pesquisadores.
Bai e seus colegas calcularam como seria essa curva de luz, estabelecendo as bases simples para uma análise teórica mais complexa.
Existem várias maneiras de melhorar o trabalho, observou a equipe. Eles consideraram apenas órbitas circulares, por exemplo; muitos exoplanetas, no entanto, têm órbitas elípticas, especialmente aqueles que podem ter sido capturados pela gravidade de uma estrela, como seria de se esperar que aconteceria com os exoplanetas de matéria escura. Além disso, as propriedades do planeta foram mantidas relativamente simples.
“Um estudo mais aprofundado sobre a formação inicial de exoplanetas e sistemas estelares de matéria escura e a captura de exoplanetas de matéria escura ajudariam a elucidar a possibilidade de detectar exoplanetas de matéria escura e seriam necessários para estabelecer limites na abundância de exoplanetas de matéria escura, se eles não forem detectados”, concluíram os pesquisadores.
O paper está disponível no servidor de pré-publicação arXiv.
