Revista Quanta

29 de agosto de 2023

Lentes cósmicas escuras revelam-se distorcendo e ampliando a luz das estrelas distantes. Os cientistas esperam que estas lentes sejam a chave para desvendar a natureza da matéria escura.

Allison Li/Revista Quanta

Escritor Contribuinte

29 de agosto de 2023

Em Outubro passado, quando o Telescópio Espacial James Webb transmitiu as suas primeiras longas exposições do céu perto da constelação de Eridanus, os astrónomos começaram a juntar as peças da história de um ponto de luz fraco e bruxuleante que parecia emergir dos recantos mais profundos do Universo.

Fosse o que fosse, brilhou durante demasiado tempo para ser uma supernova; uma única estrela também estava fora da mesa. “Parece que você provavelmente está em um desses filmes de CSI, que é um detetive”, disse José María Diego, astrofísico do Instituto de Física da Cantábria, na Espanha, que trabalhou para decifrar o sinal. “Você tem muitos suspeitos na mesa e precisa eliminá-los um por um.”

Diego e os seus colegas relataram recentemente que a ténue mancha de luz parece vir de um sistema estelar extremo que apelidaram de Mothra - um par de estrelas supergigantes que, no seu apogeu, há 10 mil milhões de anos, ofuscaram quase tudo o resto na sua galáxia.

Naquela época, todo o universo era mais jovem do que a Terra é agora; o nosso planeta só começou a coalescer depois de os fotões de Mothra terem atingido a metade da sua viagem cósmica para um mundo que desenvolveria um telescópio espacial gigante sensível ao infravermelho mesmo a tempo de captar a sua luz. Detectar a luz emitida por sistemas estelares individuais que há muito tempo era impossível. Mas Mothra, batizado em homenagem a um monstro kaiju inspirado nas mariposas da seda, é apenas o mais recente de uma série recente de sistemas estelares mais antigos, mais distantes e geralmente superlativos que astrônomos encontraram em imagens do JWST e do Telescópio Espacial Hubble. E, por outro lado, embora Mothra e seus irmãos bestiais sejam objetos astrofísicos intrigantes por si só, o que mais entusiasma Diego é que a luz das estrelas monstruosas parece revelar uma classe muito diferente de objeto flutuando entre ela e a Terra: um objeto que de outra forma seria invisível. torrão de matéria escura que ele e seus colegas calcularam pesa entre 10.000 e 2,5 milhões de vezes a massa do Sol.

Se tal objeto realmente existir – uma conclusão preliminar por enquanto – poderia ajudar os físicos a restringir as suas teorias sobre a matéria escura e talvez, apenas talvez, resolver o mistério da massa inexplicável do Universo.

A partir de 2023, os esforços laboratoriais para procurar partículas individuais de matéria escura deram em nada, deixando alguns astrofísicos com a suspeita sombriamente pragmática de que a única forma de os humanos poderem colocar calibradores na substância misteriosa seria estudar os seus efeitos gravitacionais no Universo mais vasto. Assim, a equipe de Diego e outros estão procurando contornos fantasmagóricos de objetos escuros no cosmos. Eles esperam identificar os menores aglomerados de matéria escura que existem — o que, por sua vez, depende da física básica da própria partícula de matéria escura. Mas pedaços de pura matéria escura não se apresentam apenas aos astrónomos; as equipes usam truques de observação para extrair essas sombras das sombras. Agora os astrônomos estão se concentrando em fenômenos cósmicos que vão desde lentes gravitacionais que distorcem o espaço - o tipo de lupa invisível dominada pela matéria escura que revelou Mothra - até fluxos de estrelas vibrantes, em forma de fita, muito mais perto de casa. Até agora, estes esforços descartaram muitas variantes de um conjunto popular de modelos denominado “matéria escura quente”.

“Não se pode tocar na matéria escura”, disse Anna Nierenberg, astrofísica da Universidade da Califórnia, Merced, que está à procura de bolhas interestelares escuras com o JWST. Mas encontrar pequenas estruturas feitas disso? “Isso é o mais próximo que você chegaria.”

O pouco que sabemos sobre a matéria escura existe em contornos vagos e borrados. Décadas de evidências sugerem que ou as teorias da gravidade são incompletas ou, como os astrofísicos argumentam mais comumente, uma partícula de matéria escura assombra o universo. Numa observação clássica, as estrelas pareciam correr em torno da periferia das galáxias como se estivessem sujeitas a uma força gravitacional muito mais forte do que a matéria visível poderia sugerir. Ao medir os movimentos destas estrelas e aplicar outras técnicas que identificam regiões do espaço com peso extra, os astrónomos podem visualizar como a matéria escura do Universo está distribuída em escalas maiores.