Novo estudo dos anéis de Einstein diz que a matéria escura se comporta como uma onda, não como uma partícula: ScienceAlert

Os físicos acreditam que a maior parte da matéria do universo é composta de matéria invisível que só conhecemos por meio de seus efeitos indiretos nas estrelas e galáxias que podemos ver.

Nós não somos loucos! Sem essa “matéria escura”, o universo como o vemos não teria sentido.

Mas a natureza da matéria escura é um mistério antigo. mas, Novo estudo Escrito por Alfred Amroth da Universidade de Hong Kong e colegas, publicado em astronomia natural Ele usa a curvatura gravitacional da luz para nos aproximar um pouco mais da compreensão.

Invisível, mas onipresente

A razão pela qual pensamos que a matéria escura existe é porque podemos ver seus efeitos gravitacionais no comportamento das galáxias. Especificamente, a matéria escura parece constituir cerca de 85% da massa do universo, e a maioria das galáxias distantes que podemos ver parecem estar cercadas por um halo de matéria misteriosa.

Mas é chamada de matéria escura porque não emite, absorve ou reflete luz, o que a torna muito difícil de detectar.

Então, quais são essas coisas? Achamos que deve ser algum tipo de partícula fundamental desconhecida, mas ainda não temos certeza. Todas as tentativas de detectar partículas de matéria escura em experimentos de laboratório falharam até agora, e os físicos vêm debatendo sua natureza há décadas.

Os cientistas propuseram dois principais candidatos hipotéticos para a matéria escura: caracteres relativamente pesados ​​chamados partículas massivas de interação fraca (ou WIMPs) e partículas extremamente leves chamadas axions.

Em teoria, os WIMPs se comportam como partículas discretas, enquanto os axions se comportam muito como ondas devido à interferência quântica.

Era difícil distinguir entre essas duas possibilidades – mas um ligeiro desvio em torno de galáxias distantes forneceu uma pista.

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Lentes gravitacionais e anéis de Einstein

Quando a luz passa pelo universo por um objeto massivo como uma galáxia, seu caminho é desviado porque – de acordo com a teoria geral da relatividade de Albert Einstein – a gravidade do objeto massivo distorce o espaço e o tempo ao seu redor.

Como resultado, às vezes, quando olhamos para uma galáxia distante, podemos ver imagens distorcidas de outras galáxias atrás dela. E se as coisas se alinharem perfeitamente, a luz da galáxia de fundo circulará em torno da galáxia mais próxima.

Essa distorção da luz é chamada de “lente gravitacional” e os círculos que ela pode criar são chamados de “loops de Einstein”.

Ao estudar como os anéis ou outras imagens lenticulares se distorcem, os astrônomos podem aprender sobre as propriedades do halo de matéria escura ao redor da galáxia mais próxima.

Ação vs. WIMPs

E foi exatamente isso que Amroth e sua equipe fizeram em seu novo estudo. Eles observaram vários sistemas onde várias cópias do mesmo objeto eram visíveis ao fundo em torno da galáxia de lente em primeiro plano, com foco particular em um sistema chamado HS 0810+2554.

Usando modelagem detalhada, eles descobriram como as imagens seriam distorcidas se a matéria escura fosse feita de WIMPs versus como seria se a matéria escura fosse feita de axions. O modelo WIMP não se parecia muito com o real, mas o modelo axion reproduzia com precisão todos os recursos do sistema.

Podem ser vistas múltiplas imagens da imagem de fundo criada pela lente gravitacional do sistema HS 0810+2554 (Telescópio Espacial Hubble/NASA/ESA)

A descoberta indica que os áxions são candidatos mais prováveis ​​para a matéria escura, e sua capacidade de explicar anomalias de lentes e outras observações astrofísicas está irritando os cientistas.

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partículas e galáxias

A nova pesquisa se baseia em estudos anteriores que também indicaram que os áxions são a forma mais provável de matéria escura.

Por exemplo, um estudo olhou para os efeitos da matéria escura axion no fundo cósmico de microondas, enquanto durar Examinando o comportamento da matéria escura em galáxias anãs.

Embora esta pesquisa não acabe com o debate científico sobre a natureza da matéria escura, ela abre novos caminhos para testes e experimentações. Por exemplo, futuras observações de lentes gravitacionais poderiam ser usadas para sondar a natureza ondulatória dos axônios e possivelmente medir sua massa.

Uma melhor compreensão da matéria escura terá implicações para o que sabemos sobre a física de partículas e o início do universo. Também pode nos ajudar a entender melhor como as galáxias se formam e mudam com o tempo. Conversação

Rossana Ruggieripesquisador em cosmologia, Universidade de Queensland

Este artigo foi republicado de Conversação Sob Licença Creative Commons. Leia o o artigo original.

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