Em busca de matéria escura, AMS encontra excesso de antimatéria

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/04/2013

Um dos objetivos do AMS (Espectrômetro Magnético Alfa) é localizar galáxias de antimatéria.
[Imagem: MIT]

LHC do espaço

A equipe responsável pelo Espectrômetro Magnético Alfa (AMS-2 - Alpha Magnetic Spectrometer-2) divulgou os primeiros resultados em sua busca por antimatéria e por explicações para a matéria escura.

O AMS-2, também conhecido como "LHC do espaço", é um observatório que custou US$2 bilhões e que está instalado na Estação Espacial Internacional desde Maio de 2011.

Sua principal função é rastrear os raios cósmicos - partículas de alta energia - antes que eles interajam com a atmosfera terrestre, em busca de explicações sobre a matéria escura.

Veja mais detalhes sobre o funcionamento e os objetivos do AMS-2:

• Ônibus espacial leva caçador de anti-universo para o espaço.

Origens da matéria escura

A matéria escura é uma substância hipotética, que não pode ser detectada diretamente, mas que os cientistas afirmam estar por todos os lados devido ao efeito gravitacional que ela exerce.

Por exemplo, as galáxias não poderiam girar na velocidade com que giram sem essa gravidade extra porque arremessariam estrelas para todos os lados se dependessem apenas da gravidade de suas estrelas, planetas, buracos negros e demais corpos celestes feitos de matéria comum, ou bariônica.

Ao contar o número de elétrons e seus equivalentes de antimatéria, os pósitrons, o AMS-2 está tentando obter medições indiretas das propriedades dessa matéria escura - uma das teorias diz que a matéria escura é formada por uma partícula hipotética chamada WIMP (Weakly Interacting Massive Particles, partículas maciças fracamente interativas), que se chocariam umas com as outras formando pares elétrons-pósitrons.

O AMS-02 não trouxe novidades em relação a experimentos anteriores, como o PAMELA e o Fermi - apenas a precisão dos dados aumentou.
[Imagem: M. Aguilar et al.]

Os primeiros resultados revelaram que o observatório detectou mais antimatéria do que matéria, ou seja, uma quantidade maior de pósitrons do que de elétrons - um resultado que não traz surpresas, apenas aumentando a precisão de experimentos anteriores.

Segundo os cientistas, os dados ainda não são suficientes para determinar se esse excesso é devido à matéria escura, porque as teorias indicam que, se fosse, deveria ser observado um pico e uma queda repentina na contagem de pósitrons em diversos níveis de energia - e isso não foi detectado.

O que conta a favor da teoria é que os pósitrons detectados pelo AMS vêm de todos os lados, o que parece descartar a hipótese de que eles se originem em fontes mais comuns, como pulsares, que estariam situados no plano da galáxia.

Os resultados divulgados hoje são baseados em 25 bilhões de eventos detectados pelos instrumentos do espectrômetro durante um ano e meio.

Desses, 6,8 milhões são elétrons e pósitrons. Ocorre que, quando se olha para a matéria (elétrons) e para a antimatéria (pósitrons) separadamente, há 400.000 pósitrons a mais.

As partículas foram detectadas com energias entre 0,5 GeV e 350 GeV (giga-eletron-volts). Os pósitrons aparecem com um excesso de 5% a partir dos 10 GeV, chegando a 15% aos 250 GeV.

Da mesma forma que acontece com o LHC da terra, o LHC do espaço precisará de mais eventos e de mais medições, já que, quanto maior o número de detecções, melhores e mais confiáveis são os resultados.

Recentemente, astrônomos encontraram fios de matéria escura formando uma espécie de teia cósmica.
[Imagem: Dietrich et al./Nature]

Supersimetria

Na verdade, os cientistas já haviam detectado um excesso de antimatéria em relação à matéria nos anos 1990. O problema é que ninguém sabe explicar esse excesso.

Uma das teorias, chamada supersimetria, propõe que os pósitrons sejam produzidos quando duas partículas de matéria escura colidem entre si e se aniquilam.

Assumindo que a matéria escura está homogeneamente distribuída por todo o Universo, então os dados coletados até agora pelo AMS dão suporte à teoria.

O problema é que a supersimetria acaba de ser questionada pelo mais preciso mapa da radiação cósmica de fundo, divulgada há poucos dias pela equipe do telescópio Planck, que detectou zonas frias que desautorizam a suposição de uma distribuição isotrópica.

A supersimetria também prevê um pico de pósitrons, seguido por uma queda repentina, o que não foi ainda observado pelo AMS.

"Quando você coloca um instrumento de precisão em um novo regime de operação, você tende a ver muitos novos resultados, e esperamos que estes sejam apenas os primeiros de muitos [resultados]," disse Samuel Ting, chefe da equipe, acrescentando que estes primeiros resultados podem ser uma indicação da matéria escura, mas de forma nenhuma uma prova de sua existência ou da teoria que tenta explicá-la.

"O AMS é o primeiro experimento a medir [raios cósmicos] no espaço com uma precisão de 1%. É esse nível de precisão que nos permitirá dizer se os pósitrons que observamos se originam da matéria escura ou de pulsares," concluiu.

A busca por explicações sobre a antimatéria está sendo feita também no solo.
[Imagem: Star Colaboration]

A próxima rodada de resultados do AMS deverá ser anunciada no Rio Janeiro, no próximo mês de Julho, durante o evento International Cosmic Ray Conference.

Procurando pela matéria escura

Existem experimentos também em terra procurando pelas WIMPs e pela matéria escura.

O experimento XENON100, na Itália, não encontrou sinais das hipotéticas partículas, mas outras equipes esperam detectar as WIMPs no fundo de uma mina subterrânea.

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