Ondas gravitacionais revelam possível traço de matéria escura

Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) revelaram um indício intrigante da matéria escura ao analisar ondas gravitacionais originadas de fusões de buracos negros. A matéria escura, que compõe a maior parte da matéria no universo, ainda escapa à observação direta, mas novas técnicas começam a desvelar seus mistérios.

Físicos do MIT, em colaboração com instituições europeias, desenvolveram um modelo que prevê como a matéria escura poderia sutilmente distorcer ondas gravitacionais produzidas durante fusões de buracos negros. A equipe testou o método em dados reais do LIGO, um observatório de ondas gravitacionais, e encontrou um sinal que pode carregar a impressão da matéria escura.

O fenômeno, registrado como GW190728, foi detectado em 28 de julho de 2019 e parece diferir de outros eventos de fusão de buracos negros analisados. Este sinal sugere que os buracos negros podem ter colidido dentro de uma densa nuvem de matéria escura, uma hipótese que ainda precisa ser confirmada.

De acordo com Josu Aurrekoetxea, pós-doutorando no Departamento de Física do MIT, os buracos negros oferecem um mecanismo para aumentar a densidade da matéria escura, tornando seus efeitos mais visíveis. A pesquisa, publicada na Physical Review Letters, foi coautoria de Soumen Roy, da Université Catholique de Louvain, Rodrigo Vicente, da Universidade de Amsterdã, Katy Clough, da Queen Mary University of London, e Pedro Ferreira, da Universidade de Oxford.

Embora a descoberta não constitua uma confirmação da matéria escura, ela abre novas possibilidades para a investigação. A técnica permite escanear dados de ondas gravitacionais em busca de sinais promissores que podem ser investigados mais a fundo.

As estimativas atuais sugerem que a matéria escura poderia representar mais de 85% da matéria no universo, mas sua composição ainda é desconhecida. Uma teoria propõe que ela seja formada por partículas extremamente leves chamadas ‘escalar leves’, que se comportam como ondas coordenadas perto de buracos negros.

Quando essas ondas encontram um buraco negro girando rapidamente, a energia rotacional pode transferir-se para as ondas de matéria escura, aumentando dramaticamente sua densidade. Conhecido como superradiância, esse processo pode alterar as ondas gravitacionais produzidas quando buracos negros colidem.

Para investigar essa possibilidade, os pesquisadores criaram simulações detalhadas de fusões de buracos negros sob várias condições. Eles variaram fatores como massas e tamanhos dos buracos negros, a quantidade de matéria escura ao redor e sua densidade.

O modelo previu como as ondas gravitacionais apareceriam se os buracos negros se fundissem em um ambiente denso de matéria escura, em vez de no vácuo. Ao comparar essas previsões com as observações reais do LVK, o evento GW190728 destacou-se como o único que mostrava compatibilidade com o cenário da matéria escura.

A pesquisa foi apoiada em parte pela Fundação Nacional de Ciência dos EUA e pelo Centro de Física Teórica do MIT. Segundo Soumen Roy, coautor do estudo, o crescente número de observações de ondas gravitacionais pode tornar essa abordagem cada vez mais útil nos próximos anos.

Rodrigo Vicente, que desenvolveu o modelo analítico do sinal, destacou o potencial de usar buracos negros para investigar a matéria escura em escalas muito menores do que antes. É um momento emocionante para buscar novas físicas usando ondas gravitacionais.

Para mais detalhes sobre este estudo inovador, consulte a ScienceDaily.