Anões brancos podem ajudar a encontrar matéria escura

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Anões brancos podem ajudar a encontrar matéria escura
Devido à sua incrível densidade, os astrônomos acreditam que as anãs brancas podem ser os
detectores de matéria escura perfeitos.
Os cientistas sabem há quase um século que a maior parte da matéria no Universo é composta de uma
entidade misteriosa conhecida como matéria escura, que não reflete ou emite luz – daí o nome.
Sua existência tornou-se aparente após inúmeras observações astronômicas do movimento de estrelas
e galáxias através do espaço, o que revelou algo estranho: a massa da matéria visível era insuficiente
para explicar as trajetórias desses objetos e que a quantidade de matéria escura necessária era cinco
vezes maior que a da matéria comum.
Apesar dessa abundância teorizada, os físicos ainda precisam observar diretamente a matéria escura e
sua composição permanece um mistério. Isso principalmente porque a matéria escura interage muito
fracamente com outras partículas, tornando sua detecção em experimentos de laboratório extremamente
difícil. Até agora, todas essas tentativas não produziram resultados.
Uma equipe de físicos teóricos americanos, incluindo Javier Acevedo, Rebecca Leanem e Lillian Santos-
Olmsted, da Universidade de Stanford, propôs uma maneira intrigante de resolver esse problema em
seu estudo de pré-impressão usando anãs brancas como “detectores” para a matéria escura
indescritível.
Anã branca como detectores de matéria escura
https://arxiv.org/abs/2309.10843
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“Quando uma estrela entra em sua fase de gigante vermelha, ela funde hélio em carbono e oxigênio em
seu núcleo, mas se não tiver massa suficiente para gerar as temperaturas necessárias para a fusão de
carbono, uma massa inerte de carbono e oxigênio se acumulará em seu centro”, escreveu a equipe em
seu estudo.
As anãs brancas são os restos de estrelas de baixa a média de massa que esgotaram seu combustível
nuclear e derramaram suas camadas externas, revelando o núcleo restante, tipicamente composto por
uma estrutura cristalina de átomos de carbono e oxigênio.
As anãs brancas representam o estágio final da evolução para mais de 97% das estrelas no Universo e
têm uma densidade incrível. De acordo com os cientistas do estudo, essas propriedades podem ser
úteis na busca de partículas de matéria escura.
“A sua densidade torna-o um dos objetos celestes mais densos do Universo, só que vem em segundo
lugar para as estrelas de nêutrons. Mas em comparação com as estrelas de nêutrons, as anãs brancas
são muito maiores, de modo que a área de superfície disponível para captura [de matéria escura] é
muito maior”, escreveram eles. “Isso ajuda a detecção [da matéria escura], já que taxas de captura
máximas maiores significam mais partículas potenciais decorrentes da aniquilação [de matéria escura]
em anãs brancas.
“Nós alvejamos anãs brancas na região interna da Via Láctea, onde elas são numerosas, e onde o
conteúdo do DM ainda é alto e ainda muito melhor compreendido (ou seja, a densidade [de matéria
escura] não deve ser zero no centro galáctico).”
As interações entre as anãs brancas e as partículas que compõem a matéria escura são teorizadas para
resultar na produção de fótons de alta energia conhecidos como raios gama, que poderiam ser
detectados usando telescópios na Terra.
Como a estrutura e o espectro de emissão de anãs brancas já são bem conhecidos, a equipe levantou a
hipótese de que quaisquer raios gama adicionais provenientes dessas estrelas poderiam ser
observáveis e os dados usados para calcular as partículas que as geraram.
Sem matéria escura... ainda
Os físicos calcularam a taxa em que os raios gama deveriam ser produzidos se as partículas de matéria
escura interagissem com uma anã branca que reside no núcleo da Via Láctea, e comparou seus
cálculos com dados do observatório de raios gama baseado no espaço, Fermi, e o H.E.S.S. O
telescópio.
Essa análise, infelizmente, não revelou nenhum raio gama proveniente da matéria escura, mas a
pesquisa dos físicos está longe de ser trivial. A ausência de um sinal de matéria escura ajudou a
estabelecer limites na força das interações de suas partículas com a matéria comum, que eram nove
ordens de magnitude mais fortes do que o que havia sido estabelecido anteriormente, limitando
possíveis modelos teóricos de matéria escura e nos aproximando um passo de uma resposta.
A equipe acredita que este método de estudar partículas de matéria escura usando anãs brancas ainda
pode produzir resultados no futuro. “No futuro, as sensibilidades para buscas [da matéria escura] em
https://fermi.gsfc.nasa.gov/
https://www.mpi-hd.mpg.de/hfm/HESS/pages/about/telescopes/
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anãs brancas serão melhoradas com os avanços em nossa compreensão do conteúdo [da matéria
escura] tanto em nossa galáxia quanto em determinados aglomerados de galáxias”, explicaram os
autores.
“Embora nossa sensibilidade seja forte para uma série de perfis [de matéria escura], uma melhor
compreensão da densidade [de matéria escura] em nossa galáxia poderia reduzir a incerteza nos limites
que derivamos em várias ordens de magnitude.
“Também é possível que entender melhor o conteúdo [da matéria escura] em [outras galáxias] possa
levar a uma melhor sensibilidade do aquecimento das anãs brancas e dos sinais de raios gama”.
Referências: Javier F. Acevedo et al, Anãos brancos da Via Láctea como Sub-GeV para Detectores de
matéria escura multi-TeV, [arXiv: 2309.10843]
Crédito de imagem: WikiImages em Pixabay
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https://arxiv.org/abs/2309.10843