Matéria escura “contra-ataca” e volta a ser considerada como possível fonte de raios gama no centro da galáxia

A matéria escura pode ser responsável pela misteriosa observação de raios gama no centro de nossa galáxia, de acordo com um novo artigo.

Já faz uma década que os astrofísicos sabem que o centro da Via Láctea está emitindo muitos raios gama em nossa direção. Uma coisa misteriosa chamada matéria escura já foi considerada a principal hipótese de causa desse excesso, mas análises de dados subsequentes apontavam para alguma coisa mais comum, mais mundana. Mas agora, uma nova análise pode trazer a matéria escura de volta como uma explicação para o fenômeno.

“Se o sinal for mesmo de matéria escura, isso é enorme para a nossa compreensão do universo”, disse Rebecca Leane, pesquisadora e pós-doutoranda no Centro de Física Teórica do MIT, ao Gizmodo. “Sabemos que a matéria escura compõe a maior parte do universo, mas não temos muita ideia do que ela é (…) se houver um sinal de matéria escura, isso teria um impacto enorme e profundo. Seria muito interessante.”

O Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi mediu pela primeira vez em 2009 um excesso misterioso de luz de alta energia, os chamados raios gama, que irradia do centro da galáxia.

Desde então, modelos matemáticos sugeriram duas hipóteses principais para o que poderia causar este excesso: estrelas giratórias de nêutrons chamadas pulsares ou colisão de partículas de matéria escura que se aniquilam. A matéria escura é a massa não identificada que parece formar os andaimes do universo.

Mas em 2016, dois artigos publicados na revista Physical Review Letters apresentaram dois modelos matemáticos diferentes que pareciam favorecer uma população desconhecida de pulsares como um melhor ajuste para os dados, sem a necessidade de recorrer à matéria escura. A hipótese da matéria escura, então, começou a cair em desuso.

Então, em abril de 2019, Leane e Tracy Slatyer, outra física teórica do MIT e autora de um dos artigos de 2016, colocaram um artigo no servidor de artigos de física arXiv intitulado “Dark Matter Strikes Back at the Galactic Center”, ou “A matéria escura contra-ataca no centro da galáxia”, em tradução livre. O trabalho explica que os modelos de 2016 podem estar errados.

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As pesquisadores revisaram primeiro o método de ajuste do modelo não-poissoniano (NPTF, na sigla em inglês). Ele foi usado para calcular as várias origens de luz no céu noturno e trata a luz total como uma combinação de fontes diferentes, cada uma modelada por um template. Todos os templates juntos contribuem para uma probabilidade de que um certo número de fótons seja observado em cada pixel de uma imagem.

Mas, na análise dos dados simulados, parece que a soma dos modelos pode não descrever corretamente o que realmente está acontecendo. Eles demonstraram que uma contribuição dos raios gama da matéria escura pode ser facilmente mal interpretada como proveniente de “fontes pontuais”, isto é, de objetos parecidos com estrelas no céu, provavelmente pulsares.

Quando eles introduziram dados de um sinal falso que simulava o efeito da matéria escura nos dados reais, o modelo o atribuiu a fontes pontuais.

“Isso sugere que os dados foram mal modelados de alguma forma, e que a matéria escura pode ser a principal contribuinte para o excesso [de luz] do centro galáctico, apesar de tudo — embora isso não constitua evidência positiva para a matéria escura, e o [excesso] ainda possa ser composto principalmente por fontes pontuais ”, escrevem as autoras no artigo, que foi publicado na Physical Review Letters nesta semana.

Além disso, no mês passado, uma equipe separada de cientistas publicou um artigo no arXiv em que refuta as conclusões do segundo artigo de 2016.

Em essência, este trabalho lança dúvidas sobre a análise usada anteriormente para atribuir o excesso aos pulsares, demonstrando uma falha nos métodos iniciais de análise de dados.

Esses resultados estão deixando os pesquisadores que estudam a matéria escura animados. “Acho que nunca estive tão otimista quanto agora, com esta interpretação da matéria escura neste sinal”, disse Dan Hooper, cientista sênior e chefe do Grupo de Astrofísica Teórica do Fermi National Accelerator Laboratory. Ele contou que espera que experimentos dedicados agora busquem fontes semelhantes de emissões nas galáxias anãs que orbitam a Via Láctea.

Mariangela Lisanti, professora de Princeton que trabalhou no artigo de 2016 com Slatyer, concordou que “é muito importante avaliar cuidadosamente as incertezas envolvidas em qualquer busca de matéria escura, especialmente uma que se concentre nos raios gama do centro galáctico da Via Láctea”, ela disse ao Gizmodo em um e-mail.

No entanto, ela não acha que os testes invalidam as conclusões do trabalho de 2016, que ela e seus colaboradores mostraram em um artigo publicado no arXiv no meio do ano.

“Meus colaboradores e eu continuamos estudando o problema com cuidado, melhorando a metodologia estatística e o tratamento da contaminação por raios cósmicos que podem complicar qualquer análise de raios gama no centro galáctico”, disse ela ao Gizmodo. “É um problema desafiador, mas até agora nossos resultados permanecem geralmente consistentes com as conclusões do estudo original de 2016.”

Todas essas idas e vindas demonstram como modelar dados obtidos do espaço é difícil e pode levar a erros nas interpretações. É como diz o ditado: “Todos os modelos são errados, mas alguns são úteis”. Mais evidências concretas serão necessárias para que seja revelada a verdadeira identidade da fonte dos misteriosos excessos de raios gama.