Energia escura pode ter sido observada em detector de matéria escura

Um experimento realizado há pouco mais de um ano tentou encontrar partículas de matéria escura, e acabou encontrando sinais misteriosos que não puderam ser explicados. Agora, um novo artigo publicado na revista Physical Review D sugere que o detector XENON1T teria interagido, na verdade, com a energia escura — mais precisamente, algo conhecido como “partícula camaleão”.

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Um dos grandes desafios da astrofísica moderna é a composição da matéria do universo. Sabemos muito sobre as coisas que podemos ver, ou seja, que emitem ou refletem algum tipo de radiação. Conhecemos até mesmo objetos que emitem nas faixas de onda invisíveis aos nossos olhos, graças aos telescópios de infravermelho, ultravioleta, raios-X, rádio e raios gama. Mas toda essa matéria — estrelas, planetas, galáxias — é apenas 5% do universo.

O restante do cosmos é formado por duas coisas misteriosas — matéria escura e energia escura — que não interagem com a luz, nem com partículas da matéria visível. Por isso, não podemos detectadas e estudar essas forças, mas isso não significa que os cientistas não podem tentar. Para encontrar as partículas responsáveis pela matéria escura, pesquisadores construíram um detector conhecido como XENON1T, o maior e mais sensível de seu tipo.

Enterrado no subsolo, o XENON1T é um grande tanque cheio de xenônio líquido, potencialmente capaz de reagir caso uma partícula de matéria escura por lá. A ideia é que uma partícula hipotética chamada WIMPs, uma das candidatas a compor a matéria escura, conseguiria excitar os átomos de xenônio para produzir um flash de luz e elétrons livres. O detector contém um volume de 1.300 kg de xenônio e, para evitar reações com outros tipos de partículas, fica submerso em um tanque de água, que por sua vez está nas profundezas de uma montanha.

De fato, o detector encontrou alguma coisa que não era prevista, se consideradas a quantidade de reações com partículas comuns esperadas pelos cientistas. Eles cogitam que o excesso teria sido causado por alguma coisa desconhecida, potencialmente uma nova física. Alguns cientistas cogitaram que o XENON1T não encontrou WIMPs, mas outra partícula elementar hipotética, chamada áxion solar — um tipo de áxion produzido pelo Sol.

Os áxions solares não são exatamente considerados candidatos à matéria escura, mas outros tipos de áxions são. Por isso, houve um grande entusiasmo com a possibilidade de terem finalmente detectado essa partícula. Entretanto, não havia nenhuma maneira de comprovar a hipótese.

Partículas camaleão

O novo estudo propõe agora que o XENON1T não detectou partículas de matéria escura, mas sim energia escura. As responsáveis pelos sinais elusivos seriam as partículas camaleão, também hipotéticas, que poderiam funcionar como condutores da energia escura do universo. Essa energia é considerada a responsável pela aceleração da expansão do universo.

Uma das grandes dificuldades em estudar a energia escura é que ela não se comporta como nada que conhecemos: quanto mais distante está uma galáxia, mais rápido ela parece se afastar. Como uma energia pode aumentar a velocidade da expansão do universo à medida que os objetos estão mais distantes? Bem, entre as hipóteses já apresentadas está uma partícula com uma massa que varia de acordo com a quantidade de matéria ao seu redor.

Quando as partículas "camaleônicas" estão em áreas com alta densidade de matéria, como a Terra, sua massa seria grande e elas exerceriam uma força em uma distância muito pequena, na escala de milímetros. Mas quando estão livremente no espaço, longe de objetos massivos, teriam massas muito menores e sua influência se estenderia por distâncias muito maiores. Assim, ela conseguiria exercer sua influência entre objetos tão distantes, como galáxias separadas por milhões de anos-luz.

Em seu novo estudo, a equipe de pesquisadores modelou o que aconteceria se partículas camaleão passassem pelo detector XENON1T, e encontrou na simulação algo muito parecido com o que foi observado no experimento. “Foi realmente surpreendente que esse excesso pudesse, a princípio, ter sido causado pela energia escura em vez da matéria escura”, disse o Dr. Sunny Vagnozzi, primeiro autor do estudo.

Ainda há muito trabalho a ser feito, no entanto, antes que os cientistas possam chegar a alguma conclusão definitiva. Os sinais em excesso ainda não foram devidamente confirmados, por isso será necessário criar versões mais avançadas do detector para verificar se o mesmo fenômeno será encontrado. Isso eliminará — ou confirmará — as probabilidades de que os sinais estranhos encontrados foram uma anomalia ou um mero acaso.

Fonte: Universidade de Cambridge