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Novos Indícios da Matéria Escura Chegaram da Estação Espacial Internacional

Na caça pela matéria escura, físicos estão interessados nos pares de partículas de matérias e antimatérias.

por Michael Byrne
30 Setembro 2014, 2:00pm

O detector AMS em órbita. Crédito: NASA

A atmosfera da Terra nos protege da contínua barreira de alta energia de raios cósmicos que chegam ao nosso planeta do espaço. Ela nos mantém livres de viver em um microondas gigante, ou algo do tipo. Enquanto esses raios têm muitas fontes – buracos negros, supernovas, quaseres, explosões de raios gama, o próprio Big Bang – uma delas é particularmente interessante: matéria escura. Dando um passeio pela Estação Espacial Internacional é possível encontrar o Espectrômetro Magnético Alpha (AMS), parte de um experimento projetado para caçar matéria escura observando a produção de antimatéria na nossa atmosfera.

Enfim, resultados triturados do detector AMS estão agora mostrando até as sugestões mais promissoras de matéria escura desses banhos de raios cósmicos.

Na caça pela matéria escura, físicos estão particularmente interessados nos pares de partículas de matérias e antimatérias que são criadas quando partículas que se movimentam muito rápido colidem com pedaços de matéria ou energia na atmosfera. Antimatéria é um resultado natural da criação de partícula que ocorre quando suas partículas sem matéria (como os fótons) colidem para formar duas partículas massivas (um elétron e um pósitron).

Normalmente, a antimatéria parte da equação é aniquilada imediatamente quando encontra uma parte de matéria normal, resultando na liberação de energia mais eficiente, quase perfeita, da natureza. Mas quando em órbita, no limite da atmosfera, é possível contar as partículas de antimatéria antes de elas explodirem. Crucialmente, é possível determinar se há alguma partícula de antimatéria extra além do que se espera detectar de raios cósmicos. Isso indicaria que há alguma fonte adicional de raios até agora desconhecida.

Em 2013, físicos descobriram (explicado no vídeo acima) que além de um limiar muito alto de energia (8 bilhões de elétron volts), o número de pósitrons (a versão da antimatéria de elétrons) disparou. Isso foi um sinal claro de que alguma coisa está realmente bombardeando nossa atmosfera, possivelmente matéria escura – mas não significa que definitivamente matéria escura.

Os novos resultados do MAS sugerem um nível de energia em que esse ponto de pósitrons promissores cessa e as coisas voltam ao normal: 275 bilhões de elétron volts. (Para referência, o Grande Colisor de Hádrons em sua configuração mais recente conseguiu esmagar partículas de 2,36 trilhões de elétron volts.) Então, entre 8 bilhões e 275 bilhões eV é onde encontramos essa contribuição extra inexplicável para a explosão de raios cósmicos.

"Cientistas têm medido essa relação [entre antimatéria e matéria] desde 1964," disse Jim Siegrist, um diretor associado do Departamento do Escritório de Energia de Alta Energia Física dos EUA, à publicação Symmetry Breaking do Fermilab. "Essa é a primeira vez que alguém observou esse ponto de mudança". E mais, a região superpopulosa de pósitrons revela uma suave distribuição desses pósitrons através de um buraco de energia, em vez de choques repentinos, eliminando qualquer possibilidade de não matéria escura.

A energia é o outro lado da massa, então conhecendo essa gama de energia, nós podemos colocar alguns limites no potencial de massa dos nossos candidatos a matéria escura. Projetando a curva de massas possíveis observando colisões de energia desse excesso de pósitrons, deve ser possível eliminar algumas outras causas de não matéria escura, colo pulsares ou outra fonte não massiva. Uma partícula massiva, como matéria escura, necessariamente mostraria uma queda muito acentuada em qualquer limite de energia por causa dessa restrição de massa. Um fóton andando pelo cosmos vindo de um buraco negro distante não tem o mesmo limite de velocidade que resulta do fato de ter massa.

Descrever essa curva vai levar mais algum tempo. Os pesquisadores ainda têm cerca de 10 bilhões de eventos de colisão para analisar, um total de 54 bilhões coletadas. Em alguns anos, espera-se que teremos estatísticas para estreitar as coisas ainda mais. Felizmente, o experimento ISS é apenas uma das muitas evidências de matéria escura em andamento, então é provável que nós não teremos que esperar tanto para a nossa próxima notícia sobre matéria escura.

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