O que é a matéria escura e como ela se comporta? Essa questão permanece um dos grandes enigmas da cosmologia moderna, já que essa forma invisível de matéria (que não emite nem reflete luz) ainda é hipotética e extremamente difícil de estudar diretamente. Pesquisadores da Universidade de Genebra (UNIGE) e instituições colaboradoras se propuseram a investigar se a matéria escura segue comportamentos familiares nas escalas maiores ou se outras forças podem influenciá-la. Seu estudo, publicado na Nature Communications, indica que a matéria escura parece agir de maneira muito semelhante à matéria comum, embora ainda não consigam descartar a possibilidade de uma interação adicional, até então desconhecida. Dados os sentimentos de que a matéria escura é cinco vezes mais comum que a matéria ordinária, mesmo uma pequena nova percepção ajuda a esclarecer seu papel na formação do Universo.
A matéria ordinária é afetada por quatro forças fundamentais conhecidas: gravidade, eletromagnetismo e as forças forte e fraca dentro dos átomos. A questão é saber se a matéria escura responde ao mesmo conjunto de forças. Embora a matéria escura seja invisível e difícil de detectar, ela pode ainda seguir essas leis conhecidas ou ser influenciada por uma quinta força que os cientistas ainda não identificaram.
Investigando Como a Matéria Escura Se Move Através de Poços Gravitacionais
Para explorar essa possibilidade, a equipe liderada pela UNIGE examinou se a matéria escura se afunda em poços gravitacionais da maneira como a matéria comum faz em escalas cósmicas. Objetos massivos distorcem a estrutura do espaço, formando esses poços. A matéria comum — planetas, estrelas e galáxias — cai neles de acordo com princípios físicos estabelecidos que incluem a relatividade geral de Einstein e as equações de Euler. A equipe quis saber se a matéria escura se comporta da mesma maneira previsível.
“Para responder a essa questão, comparamos as velocidades das galáxias em todo o Universo com a profundidade dos poços gravitacionais,” explica Camille Bonvin, professora associada no Departamento de Física Teórica da Faculdade de Ciências da UNIGE e co-autora do estudo. “Se a matéria escura não está sujeita a uma quinta força, então as galáxias — que são compostas principalmente de matéria escura — cairão nesses poços como a matéria comum, governadas apenas pela gravidade. Por outro lado, se uma quinta força atua sobre a matéria escura, ela influenciará o movimento das galáxias, que então cairiam nos poços de maneira diferente. Ao comparar a profundidade dos poços com as velocidades das galáxias, podemos testar a presença de tal força.”
A Matéria Escura Parece Seguir as Equações de Euler
Utilizando esse método em dados cosmológicos modernos, os pesquisadores descobriram que a matéria escura se move em direção aos poços gravitacionais da mesma forma que a matéria comum, indicando que está de acordo com as equações de Euler. “Neste estágio, no entanto, essas conclusões ainda não descartam a presença de uma força desconhecida. Mas se tal quinta força existir, ela não pode exceder 7% da força da gravidade — caso contrário, já teria aparecido em nossas análises,” diz Nastassia Grimm, primeira autora do estudo e ex-pesquisadora de pós-doutorado no Departamento de Física Teórica da Faculdade de Ciências da UNIGE, que recentemente se juntou ao Instituto de Cosmologia e Gravitação da Universidade de Portsmouth.
O Que Vem a Seguir na Busca por Nova Física
Essas descobertas iniciais representam um passo importante na reformulação de nossa compreensão sobre a matéria escura. O próximo objetivo crucial é determinar se uma sutil quinta força realmente a afeta. “Os dados vindouros dos mais novos experimentos, como LSST e DESI, serão sensíveis a forças tão fracas quanto 2% da gravidade. Portanto, eles devem nos permitir aprender ainda mais sobre o comportamento da matéria escura,” conclui Isaac Tutusaus, pesquisador no ICE-CSIC e IEEC e professor associado no IRAP, observatório Midi-Pyrénées, Universidade de Toulouse, co-autor do estudo.
