De acordo com a colaboração Fermi LAT, o excessivo brilho de raios gama da galáxia provavelmente vem de pulsares, os restos de antigas estrelas colapsadas.
NASA/CXC/University of Massachusetts/D. Wang et al.; Greg Stewart, SLAC National Accelerator Laboratory
Um misterioso brilho de raios gama no centro da Via Láctea é provavelmente causado por pulsares, os objetos incrivelmente densos que giram rapidamente a partir de núcleos de antigas estrelas colapsadas que tinham até 30 vezes a massa do sol.
Essa é a conclusão de uma nova análise de uma equipe internacional de astrofísicos com colaboração do Fermi LAT. Os resultados lançam dúvidas sobre as interpretações anteriores do sinal como potenciais sinais de matéria escura, uma forma de matéria que responde por 85 por cento de toda a matéria no universo, mas que escapou da detecção até o momento.
“Nosso estudo mostra que nós não precisamos de matéria escura para entender as emissões de raios gama de nossa galáxia”, diz Mattia Di Mauro, do Instituto Kavli de Astrofísica de Partículas e Cosmologia, um instituto em conjunto com a Universidade de Stanford e do Departamento de Energia do SLAC National Accelerator Laboratory nos EUA. “Em vez disso, nós identificamos uma população de pulsares na região em torno do centro da galáxia, que lança uma nova luz sobre a história da formação da Via Láctea.”
Di Mauro observou o brilho com o Telescópio de Grande Área no Telescópio Espacial Fermi de Raios-Gama da NASA, que orbita a Terra desde 2008. O LAT, um “olho” sensível à raios gama, a forma mais energética de luz, foi concebido e montado no SLAC, que também abriga o seu centro de operações.
As conclusões da colaboração foram submetidos no The Astrophysical Journal para publicação e estão disponíveis como um pré-impressão.
Um brilho misterioso
A matéria escura é um dos maiores mistérios da física moderna. Os pesquisadores sabem que a matéria escura existe porque desvia a luz de galáxias distantes e afeta a maneira como as galáxias giram. Mas eles não sabem de que substância ela é feita. A maioria dos cientistas acreditam que ela é composta de partículas ainda-a-serem-descobertas que quase nunca interagem com a matéria normal que não seja através da gravidade, o que torna muito difícil detectá-las.
Uma maneira na qual os instrumentos científicos podem capturar um vislumbre de partículas de matéria escura é quando as partículas decaem, colidem e destroem umas as outras. “Teorias amplamente estudadas prevêem que esses processos produziriam raios gama”, disse Seth Digel, chefe do grupo do Fermi KIPAC. “Nós procuramos esta radiação com a LAT em regiões do universo que são ricas em matéria escura, tais como o centro de nossa galáxia.”
Estudos anteriores demonstram efetivamente que há mais raios gama vindos do centro galáctico do que o esperado, alimentando alguns artigos científicos e reportagens que sugerem que o sinal pode sugerir partículas de matéria escura há muito tempo procuradas. No entanto, os raios gama são produzidos por uma série de outros processos cósmicos, que devem ser excluídos antes de qualquer conclusão na qual a matéria escura pode ser desenhada. Isto é particularmente difícil porque o centro da galáxia é extremamente complexo, e astrofísicos não sabem todos os detalhes do que está acontecendo na região.
A maioria dos raios gama da Via Láctea são originários de gás entre as estrelas que são iluminadas por raios cósmicos, partículas carregadas produzidas em poderosas explosões de estrelas chamadas supernovas. Isto cria um brilho de raios gama difuso que se estende por todo a galáxia. Os raios gama são também produzidos por pulsares – estrelas remanescentes de supernovas “que emitem feixes” de raios gama como faróis cósmicos – e outros objetos exóticos que aparecem como pontos de luz.
“Dois estudos recentes feitos por equipes nos EUA e a Holanda têm demonstrado o centro da via láctea está emitindo raios gama em excesso e salpicados, e isto não era o esperado para um sinal de matéria escura”, diz de KIPAC Eric Charles, que contribuíram para a nova análise. “Esses resultados sugerem que as manchas podem ser devido a fontes pontuais que não podemos ver com fontes individuais com o LAT porque a densidade de fontes de raios gama é muito alta e a luz difusa é mais brilhante no centro da galáxia.”
Restos de antigas estrelas
O novo estudo leva as análises anteriores para o próximo nível, demonstrando que o sinal de raios gama salpicado é consistente com pulsares.
“Considerando que cerca de 70 por cento de todas as fontes pontuais na Via Láctea são pulsares, eles seriam os candidatos mais prováveis”, diz Di Mauro. “Mas nós utilizamos uma de suas propriedades físicas para chegarmos a nossa conclusão. Pulsares têm espectros muito distintos, isto é, as suas emissões variam de um modo específico com a energia dos raios gama que emitem. Usando a forma destes espectros, fomos capazes de modelar o brilho do centro galáctico corretamente com uma população de cerca de 1.000 pulsares e sem a introdução de processos que envolvem partículas de matéria escura.”
A equipe está agora estudando os processos e acompanhando com telescópios de rádio para determinar se as fontes identificadas estão emitindo sua luz como uma série de pulsos – feixes de luzes breves que dão nome aos pulsares.
Descobertas no halo de estrelas em torno do centro da galáxia, a parte mais antiga da Via Láctea, também revelam detalhes sobre a evolução da nossa casa galáctica, assim como fósseis ensinam arqueólogos sobre a história humana.
“Pulsares isolados têm uma vida típica de 10 milhões de anos, o que é muito mais curto do que a idade das mais antigas estrelas próximas do centro galáctico”, diz Charles. “O fato de que ainda podemos ver os raios gama da população de pulsares que identificamos hoje sugere que os pulsares estão em sistemas binários com estrelas companheiras, a partir das quais eles lixiviam energia. Isso prolonga a vida dos pulsares tremendamente.”
A matéria escura permanece indefinida
Os novos resultados somam-se a outros dados que estão desafiando a interpretação do excesso de raios gama como um sinal de matéria escura.
“Se o sinal for devido a matéria escura, é de se esperar vê-lo também no centro da via láctea”, diz Digel. “O sinal deve ser particularmente claro em galáxias anãs que orbitam a Via Láctea. Estas galáxias têm poucas estrelas, normalmente não têm pulsares e são mantidos juntas, porque elas têm bastante matéria escura. No entanto, não vemos quaisquer emissões significativas de raios gama a partir delas “.
Os pesquisadores acreditam que um brilho de raios gama forte recentemente descoberto no centro da galáxia de Andrômeda, a grande galáxia mais próxima da Via Láctea, também pode ser causada por pulsares em vez de matéria escura.
Mas a última palavra não pode ter sido dita. Embora a equipe de Fermi-LAT estudou uma grande área de 40 graus por 40 graus em torno do centro galáctico da Via Láctea (o diâmetro da lua cheia é de cerca de meio grau), uma densidade extremamente alta de fontes nos mais internos quatro graus torna muito difícil de ver sinais individuais, como uma distribuição de raios gama de matéria escura, deixando pouco espaço para sinais de matéria escura para se esconderem.
Este trabalho foi financiado pela NASA e pelo DOE Office of Science, bem como agências e institutos na França, Itália, Japão e Suécia.
Traduzido e adaptado de Symmetry Magazine
