A matéria escura segue as mesmas leis que a matéria comum? O mistério permanece intacto sobre este componente invisível e hipotético do nosso Universo, que não emite nem reflete a luz.
Uma equipa de pesquisa conduzida pela Universidade de Genebra (UNIGE) quis saber se, à escala cosmológica, essa matéria caía da mesma forma que a matéria comum ou se outras forças entravam em jogo. Os seus resultados, publicados na
Nature Communications, sugerem um comportamento similar, deixando em aberto a possibilidade de uma interação ainda desconhecida. Este avanço esclarece um pouco melhor as propriedades desta matéria esquiva, cinco vezes mais abundante do que a matéria comum.
A matéria comum obedece a quatro forças bem conhecidas: a gravitação, o electromagnetismo, a força forte e a força fraca, as duas últimas atuando à escala atómica. Mas e a matéria escura? Invisível e esquiva, ela poderia estar sujeita às mesmas leis ou ser regida por uma quinta força, ainda desconhecida.
Para decifrar este mistério, uma equipa conduzida pela UNIGE perguntou-se se, à escala do cosmos, essa matéria "caía" da mesma maneira que a matéria comum nos poços gravitacionais. Sob a influência da gravitação dos corpos celestes, o espaço ocupado pelo nosso Universo deforma-se, gerando "poços". A matéria comum - aqui os planetas, as estrelas ou as galáxias - cai neles segundo leis físicas bem conhecidas, como a famosa teoria da relatividade geral de Einstein ou as equações de Euler. Mas e a matéria escura?
"Para responder a esta pergunta, comparámos as velocidades a que as galáxias se movem no Universo com a profundidade dos poços gravitacionais", explica Camille Bonvin, professora associada no Departamento de Física Teórica da Faculdade de Ciências da UNIGE, coautora do estudo.
"Se a matéria escura não estiver sujeita a uma quinta força, então as galáxias - que são maioritariamente feitas de matéria escura - vão cair nos poços como matéria comum, apenas sujeitas à gravitação. Por outro lado, se existir uma quinta força atuando sobre a matéria escura, ela vai influenciar o movimento das galáxias, que assim vão cair nos poços de maneira diferente. Comparando a profundidade dos poços com a velocidade das galáxias, podemos portanto testar a presença de tal força".
Mapa da distribuição das galáxias observadas pela colaboração DESI, a partir do qual é possível medir com precisão as velocidades das galáxias.
Crédito: Claire Lamman/DESI collaboration; custom colormap package by cmastro. As equações de Euler ainda válidas
Aplicando esta abordagem aos dados cosmológicos atuais, a equipa de pesquisa chegou à conclusão de que a matéria escura cai nos poços gravitacionais da mesma maneira que a matéria comum. E que, portanto, responde às equações de Euler.
"Neste momento, estas conclusões não nos permitem, contudo, excluir a presença de uma força desconhecida. Mas se esta quinta força existir, ela não pode ser maior do que 7 % da força da gravitação, caso em que teria aparecido nas nossas análises", indica Nastassia Grimm, primeira autora do estudo e antiga investigadora pós-doutorada no Departamento de Física Teórica da Faculdade de Ciências da UNIGE, que recentemente se juntou ao Instituto de Cosmologia e Gravitação da Universidade de Portsmouth.
Estes primeiros resultados marcam um avanço maior na caracterização da misteriosa matéria escura. A próxima etapa consistirá em precisar a existência, ou não, de uma quinta força que a rege.
"Os dados futuros provenientes das experiências mais recentes, como a LSST e a DESI, serão sensíveis a uma força tão pequena quanto 2 % da gravitação. Elas devem portanto permitir-nos aprender ainda mais sobre o comportamento da matéria escura", conclui Isaac Tutusaus, investigador no ICE-CSIC e no IEEC, professor associado no IRAP, Observatório Midi-Pirenéus, Universidade de Toulouse, coautor do estudo.
Fonte: Universidade de Genebra