O segredo da matéria escura pode estar nos buracos negros

Uma nova simulação de computador da NASA mostra que partículas dematéria escura colidindo na extrema gravidade de um buraco negro pode produzir luz de raios gama forte, potencialmente observável.

Detectar esta emissão poderia fornecer aos astrônomos uma nova ferramenta para a compreensão de buracos negros e da natureza da matéria escura.

“Ainda não sabemos o que é a matéria escura, mas sabemos que ela interage com o resto do universo através da gravidade, o que significa que deve se acumular em torno de buracos negros supermassivos”, explica Jeremy Schnittman, astrofísico do Goddard Space Flight Center da NASA.

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WIMPs

Schnittman desenvolveu uma simulação de computador para seguir as órbitas de centenas de milhões de partículas de matéria escura, bem como os raios gama produzidos quando elas colidem na vizinhança de um buraco negro.

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Ele descobriu que alguns raios gama escapam dos buracos negros com energias muito superiores do que tinha sido previamente considerado como o limite teórico.

Na simulação, a matéria escura toma a forma de “partículas massivas que interagem fracamente”, as chamadas WIMPs, agora amplamente consideradas as principais candidatas do que a matéria escura poderia ser.

No modelo, WIMPs que batem em outras WIMPs se aniquilam mutuamente, convertendo-se em raios gama, a forma mais energética de luz.

Evento raro

Estas colisões de energias elevadas são extremamente raras em circunstâncias normais, mas estudos anteriores tentaram simplificar suposições sobre onde elas seriam mais propensas a ocorrer.

O que Schnittman fez, então, foi desenvolver um modelo computacional mais completo incluindo essas suposições, que rastreia as posições e propriedades de centenas de milhões de partículas distribuídas aleatoriamente conforme elas colidem e se aniquilam mutuamente perto de um buraco negro.

O novo modelo é capaz de revelar processos que produzem raios gama com energias muito mais elevadas do que anteriormente, bem como tem melhor probabilidade de detecção desses raios gama do que jamais se imaginou possível.

O astrofísico identificou caminhos anteriormente não reconhecidos onde colisões produzem raios gama com uma energia de pico 14 vezes maior do que o das partículas originais.

Na prática

Usando os resultados deste novo cálculo, Schnittman criou uma imagem simulada do brilho de raios gama conforme seria visto por um observador distante olhando ao longo do equador do buraco negro.

A luz de maior energia surge a partir do centro de uma região em forma de crescente no lado do buraco negro que gira em relação a nós. Esta é a região onde os raios gama têm a maior chance de serem detectados por um telescópio.

A pesquisa é o início de uma jornada que Schnittman espera culminar com a detecção de um sinal incontestável de aniquilação de matéria escura em torno de um buraco negro supermassivo.

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“A simulação nos diz que há um sinal interessante que temos o potencial de detectar em um futuro não muito distante, conforme telescópios de raios gama são melhorados”, argumenta. “O próximo passo é criar um cenário em que as observações de raios gama existentes e futuras possam ser usadas para ajustar tanto a física de partículas quanto os modelos de buracos negros”. [Phys]