Observações de galáxias anãs pelo Fermi providenciam novas informações sobre matéria escura

(Astronomia On Line - Portugal) Há muito mais no Cosmos do que os nossos olhos conseguem ver. Cerca de 80% da matéria no Universo é invisível aos telescópios, mas mesmo assim a sua influência gravitacional é manifestada nas velocidades orbitais das estrelas em torno de galáxias e nos movimentos de enxames de galáxias. Mesmo assim, apesar de décadas de esforços, ninguém sabe com certeza o que é esta "matéria escura". Muitos cientistas pensam que o mistério será provavelmente resolvido com a descoberta de novos tipos de partículas subatómicas, tipos necessariamente diferentes daqueles que compõem os átomos da matéria normal à nossa volta. A pesquisa para detectar e identificar estas partículas continua em experiências, tanto cá na Terra como no espaço.

Cientistas que trabalham com dados obtidos pelo Telescópio Espacial de Raios-Gama Fermi, da NASA, têm procurado sinais de algumas destas hipotéticas partículas ao estudar 10 pequenas e ténues galáxias que orbitam a Via Láctea. Embora não tenham detectado sinais, uma nova técnica de análise aplicada a dois anos de dados do observatório LAT (Large Area Telescope) essencialmente eliminou pela primeira vez estes candidatos a partículas.

"Em efeito, a análise do Fermi LAT comprime a caixa teórica onde estas partículas se podem esconder," afirma Jennifer Siegal-Gaskins, física do Instituto de Tecnologia da Califórnia em Pasadena, EUA, da equipa de investigação do Fermi LAT. Ontem, discutiu os resultados mais recentes das buscas espaciais por matéria escura numa palestra da Sociedade Americana de Física em Atlanta, no estado americano da Geórgia.

WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles) representam uma classe favorecida de candidatos da matéria escura. Alguns WIMPs podem aniquilar-se mutuamente quando pares interagem, um processo que se espera produzir raios-gama -- a forma de radiação mais energética -- que o LAT está desenhado para detectar.

"Um dos melhores lugares para procurar estes ténues sinais em raios-gama é nas galáxias anãs esferoidais, as pequenas galáxias-satélite da nossa própria Via Láctea, que sabemos possuirem grandes quantidades de matéria escura," explicou Siegal-Gaskins. "De uma perspectiva astrofísica, estes são sistemas 'aborrecidos', com pouco gás e pouca formação estelar e sem objectos como pulsares ou restos de supernova que emitem raios-gama."

Em adição, muitas anãs estão situadas longe do plano da nossa Galáxia, o que produz uma larga banda de emissão difusa de raios-gama e que se estica por todo o céu. A selecção de apenas galáxias anãs a grandes distâncias deste plano, ajuda a minimizar a interferência da Via Láctea.

A equipa examinou dois anos de raios-gama detectados com o LAT e com energias entre 200 milhões e 100 mil milhões de electrões-volt de 10 das aproximadamente duas dezenas de galáxias anãs que se sabe orbitarem a Via Láctea. Em vez de analisarem os resultados de cada galáxia separadamente, os cientistas desenvolveram uma técnica estatística -- que chamam de "análise probabilística conjunta" -- que avalia todas as galáxias de uma só vez sem fundir os dados. Não se descobriram sinais em raios-gama consistentes com as aniquilações esperadas dos quatro diferentes tipos de partículas WIMP consideradas comuns.

Pela primeira vez, os resultados mostram que candidatos WIMP dentro de um intervalo específico de massas e rácios de interacção não podem constituir matéria escura. Um artigo que fala sobre estes resultados foi publicado na edição de 9 de Dezembro de 2011 da revista Physical Review Letters.

"O facto de estudarmos as 10 galáxias anãs como um todo não só aumenta a qualidade estatística, como torna a análise muito menos sensível a flutuações no pano de trás de raios-gama e as incertezas no modo como a matéria escura pode estar distribuída em torno das anãs," afirma Maja Llena Garde, estudante pós-graduada da Universidade de Estocolmo, Suécia e co-autora do estudo.

Para quaisquer propriedades de uma partícula de matéria escura, a distribuição das partículas tem um impacto significativo no sinal raio-gama esperado, um vinco que tem sido frequentemente gerido de modo incorrecto, se de todo, em estudos prévios.

Os movimentos das estrelas de uma galáxia anã traçam o perfil do massivo halo de matéria escura no qual estão embebidas, mas estas pequenas galáxias muitas vezes têm muito poucas estrelas para seguir. O resultado é incerto na medida em que a matéria escura é distribuída ao longo da linha de visão para a anã, o que afecta o fluxo esperado de raios-gama detectados pelo LAT. Ao lidar com estas incertezas nos perfis da matéria escura das anãs, os resultados da equipa do LAT estão entre os mais precisos.

"Um elemento importante neste trabalho é o termos sido capazes de lidar com as incertezas estatísticas de um estudo actualizado dos movimentos estelares das anãs e assim tê-las em conta na análise de dados do LAT," afirma Johann Cohen-Tanugi, físico do Laboratório do Universo e Partículas da Universidade de Montpellier 2 na França e membro da equipa de pesquisa.

"Este tratamento constitui um importante passo em frente, e esperamos que estudos futuros sigam o nosso exemplo," realça o co-autor Jan Conrad, professor de física na Universidade de Estocolmo.

A equipa encontra-se no processo de seguir as pisadas da sua análise de dois anos com novas que vão incorporar observações adicionais do Fermi, melhorias feitas à sensibilidade do LAT e à inclusão de raios-gama mais energéticos. Adicionalmente, os estudos do céu actuais podem descobrir novas galáxias anãs que poderão ser incluídas nos estudos futuros.
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