A misteriosa luz excedente do universo pode ter sido gerada pela matéria escura

Um novo estudo sugere que uma misteriosa luz excedente no universo, detectada pela missão New Horizons em 2019, pode finalmente revelar que a matéria escura é feita de áxions, partículas hipotéticas que podem decair em fótons.

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Em 2015, a sonda New Horizons visitou Plutão e nos forneceu fotos incríveis do planeta anão, antes de partir rumo à sua missão estendida. Durante os anos seguintes, ela se afastou cada vez mais do Sol e observou o universo à frente, na busca pelo desconhecido. Então, cientistas reuniram uma série de imagens do lado oposto ao Sol para estudar a luminosidade do cosmos.

Em 2019, eles buscaram nesses dados algum tipo de brilho intrínseco ao próprio universo, ou seja, que não seja emitido por fontes como estrelas ou galáxias. Para essa tarefa, eles excluíram todas as estrelas, galáxias e outras fontes luminosas conhecidas. Apesar disso, ainda havia luz nas imagens, proveniente de nada que pudesse ser rasteado. Aliás, havia muito mais brilho — o dobro — do que se esperava.

Brilho do universo e matéria escura

Agora, um novo estudo sugere que esse brilho extra pode ter se formado a partir da matéria escura, a estranha “substância” invisível e que só interage com a matéria comum por meio da gravidade. Isto é, desde que a matéria escura seja composta por áxions.

Os áxions são partículas hipotéticas, ou seja, ainda não sabemos se elas existem ou não. Entretanto, caso existam, raramente poderiam interagir com a matéria normal e, por isso, é uma das fortes candidatas a componentes da matéria escura.

A existência de áxions foi proposta pela primeira vez há mais de 40 anos, mas ainda não foram encontrados sinais de que essas partículas realmente existem no universo. De acordo com a hipótese que os descreve, os áxions devem ter massa bem baixa e decaem em um par de fótons, caso sejam expostos a um forte campo magnético.

Claro, os astrônomos já estão há algum tempo se esforçando para procurar os fótons que podem ter surgido dos áxions, mas essa é uma tarefa árdua (e, talvez, ingrata). Não é simples separar esses potenciais fótons de todos aqueles produzidos pelas inúmeras fontes de luz do universo.

Felizmente, a New Horizons já mostrou que a luminosidade extra do universo, conhecida como fundo óptico cósmico, pode evidenciar a existência dos áxions invisíveis. É muito difícil chegar a essa conclusão por essa luminosidade ser muito fraca; então, os autores do novo artigo decidiram usar a modelagem para saber que áxions poderiam formar o brilho observado no trabalho de 2019. Eles descobriram que, se os áxions tiverem massa entre 8 e 20 elétron-volts, poderiam produzir o fundo óptico cósmico, sob certas condições.

Tal restrição de massa é bastante desafiadora, pois as previsões teóricas exigem que os áxions sejam bem mais leves. As pesquisas sobre a possível massa do áxion discordam entre si, mas estudos mais recentes concluíram que pode ser entre 40 e 180 micro-elétron-volts (uma fração minúscula de 1 elétron-volt).

Os pesquisadores sabem que o estudo ainda é um passo pequeno na busca pela partícula que compõe a matéria escura, mas é uma boa tentativa. “Se o excesso [de luz] surgir do decaimento da matéria escura para uma linha de fótons, haverá um sinal significativo nas próximas medições de mapeamento de intensidade dessa linha”, escreveram. "Estudos futuros [...] testarão essa hipótese e expandirão a busca por matéria escura em uma faixa mais ampla de frequências".

A pesquisa foi publicada na Physical Review Letters.

Fonte: Physical Review Letters; Via: American Physical Society