Forças escuras podem explicar matéria escura

Redação do Site Inovação Tecnológica - 31/08/2021

Como a falta de resultados observacionais está dando forças a teorias que dispensam a matéria escura, os adeptos da ideia estão contra-atacando com novas hipóteses.
[Imagem: Mark Myers/OzGrav ARC Centre of Excellence]

Mais escuridão

Quando observamos as galáxias, vemos que há uma gravidade mantendo-as coesas, mas não existem corpos celestes suficientes para explicar tanta gravidade.

Na verdade, estrelas, planetas, luas e tudo o mais soma apenas 25% da massa necessária para gerar tamanha gravidade. Esses 85% que faltam nós chamamos de "matéria escura", porque não conseguimos vê-la e nem detectar qualquer sinal dela com os instrumentos atuais.

Físicos e astrônomos têm usado telescópios, experimentos subterrâneos gigantescos e aceleradores para tentar captar alguma coisa sobre a matéria escura nos últimos 30 anos, mas não conseguiram nenhuma evidência positiva até agora.

Tantas evidências negativas estão forçando os físicos teóricos a pensar mais criativamente sobre o que poderia ser a matéria escura.

Um trio deles está levando adiante uma proposta inusitada: Eles propõem a existência de uma dimensão extra no espaço-tempo só acessível a uma "força escura", uma força igualmente desconhecida e ainda não detectada, mas que é diferente das forças conhecidas (eletromagnetismo, forças forte e fraca e gravidade).

Já existem propostas para testar a existência de uma quinta dimensão.
[Imagem: Suvendu Giri]

Continuum

De acordo com a nova teoria, algumas das partículas de matéria escura não se comportariam como partículas: As partículas invisíveis interagiriam com partículas "ainda mais invisíveis", de modo que estas deixam de se comportar como partículas.

"Durante a última década, os físicos passaram a considerar que, além da matéria escura, forças escuras ocultas podem governar as interações da matéria escura. Isso poderia reescrever completamente as regras de como se deve procurar a matéria escura," disse Philip Tanedo, da Universidade da Califórnia em Riverside. "O objetivo do meu programa de pesquisa nos últimos dois anos foi estender a ideia da matéria escura 'falando' com as forças escuras."

A ideia é que, se duas partículas de matéria escura são atraídas ou repelidas uma pela outra, elas estão interagindo por meio das forças escuras. Além de serem descritas matematicamente por uma teoria com dimensões extras, essas forças aparecem como um continuum, não podendo ser descritas como partículas.

Em outras palavras, a força que atuaria entre as partículas de matéria escura é descrita por um número infinito de partículas diferentes, com massas diferentes - esse é o chamado continuum. Isso é diferente de como as forças comuns e conhecidas são descritas, tipicamente por um único tipo de partícula com uma massa fixa.

De acordo com Tanedo, trabalhos anteriores sobre esses "setores escuros" da realidade - matéria, energia e forças escuras - se concentraram principalmente em teorias que imitam o comportamento das partículas visíveis, mas ele acredita que isso não é suficiente, por isso ele e seus colegas estão explorando tipos mais extremos de teorias, sem análogos no mundo real, mas com um ferramental matemático disponível.

Nenhum laboratório até agora conseguiu captar sinais da matéria escura, por isso há novas ideias também no campo dos detectores de matéria escura.
[Imagem: NIST]

Fótons escuros e buracos negros

Mas quais são as implicações dessa força escura extra-dimensional?

Uma vez que a matéria comum pode não interagir com essa força escura, o trio voltou-se para a ideia de matéria escura auto-interagente, uma hipótese proposta pelo físico Hai-Bo Yu. Yu mostrou que, mesmo na ausência de qualquer interação com a matéria normal, os efeitos dessas forças escuras poderiam ser observadas indiretamente em galáxias esferoidais anãs.

A equipe de Tanedo fez os cálculos e concluiu que, de fato, a força do continuum pode descrever os movimentos estelares observados.

Dado esse passo, eles pretendem agora levar essa ideia do continuum para a luz, desenvolvendo a estrutura teórica para um "fóton escuro" - fótons escuros poderiam ser capazes de se transformar em fótons normais, brilhantes, de modo semelhante aos neutrinos, que oscilam entre seus sabores.

"É uma imagem mais realista para uma força escura," disse Tanedo. "Os fótons escuros têm sido estudados em grande detalhe, mas nossa estrutura extra-dimensional tem algumas surpresas. Também examinaremos a cosmologia das forças escuras e a física dos buracos negros."

• Quinta força fundamental da natureza pode ter sido descoberta

Mais tópicos