segunda-feira, 16 de janeiro de 2017

Medidas de Raios Cósmicos Podem Levar ao Entendimento da Matéria Escura

Olá leitor!

Segue abaixo uma pequena matéria postada hoje (16/01) no site da “Agência FAPESP” destacando que segundo um estudo internacional com participação brasileira aponta que Medidas de Raios Cósmicos podem levar ao entendimento da Matéria Escura.

Duda Falcão

Notícias

Medidas de Raios Cósmicos Podem Levar
ao Entendimento da Matéria Escura

José Tadeu Arantes  
Agência FAPESP
16 de janeiro de 2017

(Imagem: NASA)
Aglomerado de galáxias Abell 1689: o conceito de matéria escura
permite fechar o balanço gravitacional de megaestruturas como esta.

A compreensão da matéria escura – um dos mais fascinantes temas em aberto da física contemporânea – pode estar menos distante do que se imaginava. O balanço de cinco anos de operação do AMS-02 (Alpha Magnetic Spectrometer), o detector instalado na estação espacial internacional (International Space Station – ISS) com o objetivo de medir raios cósmicos antes de sua interação com a atmosfera terrestre, oferece resultados promissores nesse sentido.

A apresentação dos resultados, feita pelo pesquisador principal do experimento, o Prêmio Nobel de Física Samuel Ting, foi transmitida ao vivo pelo CERN, a Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear em 8 de dezembro de 2016. Orbitando a Terra cerca de 360 quilômetros acima da superfície, o AMS-02 já registrou até o momento mais de 90 bilhões de eventos de raios cósmicos.

Pesquisadores de 56 instituições de 16 países participam do experimento que tem à frente o Departamento de Energia dos Estados Unidos. Faz parte da equipe a física Manuela Vecchi, professora do Instituto de Física de São Carlos da Universidade de São Paulo (IFSC- USP), que conta com o apoio da FAPESP.

“Nestes cinco primeiros anos de observação, publicamos vários artigos na Physical Review Letters. Entre eles, Antiproton Flux, Antiproton-to-Proton Flux Ratio, and Properties of Elementary Particle Fluxes in Primary Cosmic Rays Measured with the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station, em agosto de 2016. A abundância e a precisão dos dados obtidos pelo AMS-02 estão desafiando os modelos convencionais sobre a origem e propagação dos raios cósmicos”, disse Vecchi à Agência FAPESP.

Na colossal quantidade de eventos registrados pelo equipamento – constituídos por partículas produzidas fora do Sistema Solar e que se propagam no espaço com velocidades próximas à da luz –, de especial interesse foi a detecção de antimatéria: antielétrons (pósitrons) e antiprótons.

“Trata-se de uma fração muito pequena da radiação cósmica, da ordem de uma para cada 10 mil partículas. Detectar essas antipartículas é um grande desafio, pois o fundo de prótons é enorme e domina os registros. Mas, combinando diferentes técnicas de detecção, o AMS-02 consegue medi-las com admirável precisão. E isso é fascinante, porque as antipartículas são ‘janelas’ para a busca indireta de matéria escura”, afirmou a pesquisadora.

Para entender tal relação, é preciso recordar uma ideia central da cosmologia contemporânea. Segundo a teoria do Big Bang, ao se formar, cerca de 14 bilhões de anos atrás, o Universo possuía a mesma quantidade de matéria e antimatéria. Porém, uma quebra espontânea de simetria, ocorrida durante uma transição de fase do universo primordial, gerou um pequeno excedente de matéria – da ordem de uma partícula extra de matéria para cada 10 bilhões de pares de partículas e antipartículas. Todo o Universo atualmente conhecido, com suas galáxias, estrelas, planetas e outros objetos materiais, teria se originado desse excedente. Yoichiro Nambu, Makoto Kobayashi e Toshihide Maskawa receberam o Prêmio Nobel de Física de 2008 por seus estudos relativos à quebra espontânea de simetria.

Isso explicaria porque não encontramos antimatéria de forma estável atualmente no Universo. No modelo vigente sobre raios cósmicos, a produção de pósitrons e antiprótons é explicada em função das interações das partículas materiais durante sua propagação no meio interestelar. Mas as medidas realizadas por meio do AMS-02 forneceram um número de antipartículas maior do que o esperado a partir dos processos astrofísicos convencionais.

“Sabemos que a propagação de raios cósmicos no meio interestelar leva à produção de pósitrons e antiprótons. E sabemos também calcular o fluxo esperado dessas antipartículas em função da energia. Um excesso de eventos em relação às previsões exige que outros fenômenos físicos sejam considerados para explicar a diferença. Esse excesso já havia sido detectado pelo satélite PAMELA em 2008. E foi confirmado, com alta precisão, pelo AMS-02”, informou Vecchi.

É aqui que entra a matéria escura. Porque uma hipótese bastante plausível é a de que pares de partículas e antipartículas estejam sendo produzidos, em grande quantidade, a partir da aniquilação de matéria escura. Deve-se levar em conta que, segundo os cômputos atuais, 73% do conteúdo do Universo seria constituído por energia escura, 23% por matéria escura e somente 4% pela matéria conhecida. “Eu não diria que a matéria escura seja a única fonte da antimatéria dos raios cósmicos. Mas, sem dúvida, deve ser considerada como uma das possibilidades”, argumentou a pesquisadora.

Uma forte candidata a matéria escura é a partícula chamada Wimp – nome formado pelas iniciais das palavras que compõem a denominação inglesa weakly interacting massive particle (partícula massiva fracamente interativa). “A Wimp não é uma partícula do modelo padrão, mas é prevista em extensões do modelo. É concebida como uma partícula estável, portanto, não sujeita a decaimento. Quando aniquilada, daria origem a um par partícula-antipartícula”, explicou Vecchi.

Além da matéria escura, outras fontes possíveis para o excesso de antipartículas são objetos astrofísicos mais convencionais, como pulsares ou remanescentes de supernovas.

O excesso de antipartículas não é o único dado obtido pelo AMS-02 que desafia o modelo vigente. Outras medidas também parecem exigir uma revisão radical. Na composição dos raios cósmicos, 90% são constituídos por prótons (isto é, núcleos do átomo de hidrogênio ionizado). Depois, vêm 8% de partículas alfa (isto é, núcleos de hélio, com dois prótons e dois nêutrons). Em menor quantidade, vêm elétrons, outros núcleos produzidos nas fontes (carbono, nitrogênio, oxigênio e outros elementos, até o ferro), núcleos resultantes da fragmentação de outros raios cósmicos durante a propagação pelo meio interestelar (lítio, berílio e boro). E, compondo uma pequena fração, as antipartículas. “Os dados que já obtivemos não correspondem ao esperado a partir do modelo convencional”, sublinhou a pesquisadora.

Outro achado surpreendente, apesar de ser ainda preliminar, foi a suposta detecção de anti-hélio. “Em cinco anos, o AMS-02 detectou 3,7 bilhões de eventos de hélio e somente alguns poucos eventos de anti-hélio. Mesmo assim, esse achado pode ter grandes implicações fenomenológicas, pois, se confirmado, seria a primeira detecção de antinúcleos nos raios cósmicos”, comentou Vecchi.

A pesquisadora, que mantém uma colaboração científica ativa com o CERN, é professora-doutora do IFSC-USP. Seu auxílio à pesquisa, provido pela FAPESP por meio da modalidade Apoio a Jovens Pesquisadores, deve se estender até 2019.

(Imagem: NASA)
AMS-02: o espectrômetro instalado na
Estação Espacial Internacional.


Fonte: Site da Agência FAPESP

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