2980: Nova partícula “fantasma” está a mudar o Universo, defende cientista

CIÊNCIA

(CC0/PD) insspirito / pixabay

Massimo Cerdonio, físico teorético da Universidade de Pádua, em Itália, afirma que uma partícula elementar hipotética, conhecida como axião, está a alterar a quantidade de matéria escura que existe no Universo.

Num novo estudo disponibilizado para pré-visualização no portal arXiv, Cerdonio explica que calculou o grau de mudança que tem que ocorrer nos campos quânticos para que existam alterações na matéria escura.

A matéria escura, recorde-se, compõe 80% do Cosmos. Contudo, pouco ou nada se sabe sobre este estranho tipo de matéria: aliás, os cientistas só sabem da sua existência devido ao efeito gravitacional que causa na matéria visível, que denuncia o seu “rastro”.

A nova investigação sustenta que, caso exista um novo campo quântico responsável pela mudança da matéria escura, isso significa que existe uma nova partícula no Universo, tal como escreve o jornal britânico Daily Star.

As alterações na matéria escura calculadas pelo cientista exigem uma certa quantidade de massa de partículas, que se revelou ser aproximadamente a mesma massa que possuiu a nova partícula, o axião.

Inicialmente, os físicos apontaram teoricamente o axião para resolver questões sobre a compreensão quântica da força nuclear forte. Acredita-se que esta partícula tenha surgido nas primeira etapas de formação da Terra, tendo estado em segundo plano enquanto outras forças e partículas controlavam o rumo do Universo, aponta Cerdonio.

Importa frisar que esta partícula nunca foi observada. Contudo, se os cálculo de Cerdonio estiverem correctos, estes significam que o axião está já por aí, preenchendo o Universo e os campos quânticos.

Cientistas do CERN podem ter descoberto nova “partícula fantasma”

Ainda não está confirmado, mas o Grande Colisionador de Hadrões pode ter detestado uma nova e inesperada partícula. Os teóricos…

ZAP // SputnikNews

Por ZAP
8 Novembro, 2019

 

2810: Teia oculta que envolve o Universo começou a ser mapeada

CIÊNCIA

(dr) Joshua Borrow using C-EAGLE
Simulação de um aglomerado massivo de galáxias, com filamentos

Depois de ter sido contada toda a matéria normal e luminosa existente nos lugares “óbvios” do Universo – como galáxias, aglomerados de galáxias e o meio intergaláctico – cerca de metade do Universo está em falta.

Cerca de 85% da matéria do Universo é composta por uma substância invisível conhecida como “matéria escura”, mas a verdade é que ainda não conseguimos encontrar toda a matéria normal. Este é o conhecido problema dos “bariões ausentes”, partículas que emitem ou absorvem luz (protões, neutrões ou electrões) que compõem a matéria que vemos à nossa volta.

Segundo Andreea Font, da Liverpool John Moores University, os cientistas desconfiam que os bariões ocultos estão escondidos em estruturas filamentosas que permeiam todo o Universo, também conhecidas como “teia cósmica“. No entanto, esta estrutura é ilusória e, até agora, só vimos vislumbres.

Agora, um novo estudo, publicado na Science no dia 4 de Outubro, oferece uma visão mais abrangente que nos permitirá ajudar a mapear a aparência desta teia.

Os cientistas acreditam que existe uma rede cósmica escura, feita de matéria escura, e uma rede cósmica luminosa, composta principalmente por gás hidrogénio. Aliás, acredita-se que 60% do hidrogénio criado durante o Big Bang reside nesses filamentos.

A rede de filamentos de gás também é conhecida como “meio intergaláctico quente-quente” (WHIM), porque é, aproximadamente, tão quente quanto o interior do sol. É provável que as galáxias se formem na intersecção de dois ou mais filamentos, onde a matéria é mais densa, com os filamentos a conectar todos os aglomerados de galáxias no Universo.

Até agora, não conseguimos detectar matéria escura, porque não emite nem absorve luz (e é por isso que não pode ser observada através de telescópios). Tal como esta misteriosa matéria, também os filamentos cósmicos da rede são muito difíceis de se observar, pois são muito difusos e não emitem luz suficiente para serem detectados.

Desde a previsão original, houve uma intensa busca pela teia cósmica. Um dos métodos utilizados baseia-se em observar os objectos brilhantes que ficam no fundo, ao longo da mesma linha de visão que um filamento de gás.

Os átomos de hidrogénio nos filamentos conseguem absorver a luz num comprimento de onda específico no ultravioleta e isso pode ser detectado como linhas de absorção na luz do objecto de fundo, quando dividido num espectro por comprimento de onda. O método foi aplicado usando quasares, objectos maciços e muito brilhantes a grandes distâncias.

Este novo estudo conseguiu detectar o gás de uma maneira totalmente nova, que permite imagens bidimensionais da rede cósmica. O objecto que os cientistas estudaram, chamado SSA22, é um proto-aglomerado, o que significa que é um aglomerado de galáxias na sua infância. Está muito mais distante – a sua luz viajou cerca de 12 mil milhões de anos para chegar até nós, o que significa que estamos a olhar para os estágios iniciais do Universo.

A investigação detectou 16 “galáxias sub-milimétricas” e oito poderosas fontes de raios-X, uma rara descoberta nesta época inicial. Os objectos fornecem uma quantidade abundante de radiação ionizante a todo o gás hidrogénio dos filamentos, o que faz emitir luz que podemos detectar – uma técnica muito mais promissora do que a absorção.

Outro mistério que este estudo ajuda a resolver é a formação de galáxias sub-milimétricas. A explicação mais amplamente aceite é que elas se formam como resultado da fusão de duas galáxias normais, formando uma galáxia maciça com o dobro da quantidade de luz. No entanto, simulações em computador mostram que estas galáxias podem crescer a partir do gás frio que entra na rede cósmica vizinha.

Este novo estudo abre caminho para um mapeamento bidimensional mais sistemático de filamentos de gás que pode contar-nos muito sobre todos os seus movimentos no Espaço, adianta a investigadora ao The Conversation.

ZAP //

Por ZAP
10 Outubro, 2019

 

2430: A matéria escura pode ser mais antiga do que o Big Bang

CIÊNCIA

ESA / XMM-Newton / J-T. Li (Universidade de Michigan) / SDSS

A misteriosa matéria escura, que compõe cerca de 80% de toda a matéria do Universo, pode ser mais antiga do que o Big Bang, sugere uma nova investigação levada a cabo por cientistas da Universidade Johns Hopkins, nos Estados Unidos.

Recorrendo a uma estrutura matemática simples, a equipa apresenta uma nova hipótese para o nascimento desta estranha e abundante matéria que intriga os cientistas, apontando ainda como identificá-la através de observações astronómicas.

“O estudo revelou uma nova conexão entre a Física de Partículas e a Astronomia. Se a matéria escura consiste em novas partículas que nasceram antes do Big Bang, estas afectam a forma como as galáxias são distribuídas no céu de uma forma única”, explicou Tommi Tenkanen, pós-doutorado em Física e Astronomia na universidade norte-americana e autor do estudo, citado em comunicado divulgado pelo portal Eureka Alert.

E acrescentou: “Esta conexão pode ser utilizada para revelar a sua identidade e para também retirar conclusões sobre os tempos anteriores ao Big Bang”.

Pouco se sabe sobre a matéria escura. Aliás, os cientistas só sabem da sua existência devido ao efeito gravitacional que causa na matéria visível, denunciando assim o seu “rastro”. Ainda assim, a comunidade científica conseguiu demonstrar que esta matéria desempenha um papel crucial para a formação de galáxias.

Durante muito tempo, os cientistas defenderam que a matéria escura deveria ser uma substância remanescente do Big Bang. Contudo, nenhuma matéria escura foi encontrada até então, apesar das inúmeras investigações levadas a cabo.

Partindo deste facto, os cientistas sustentam na nova investigação, cujos resultados foram esta semana publicados na revista científica especializada Physical Review Letters, que a matéria escura podia já existir antes do grande fenómeno de expansão do Universo.

“Se a matéria escura fosse realmente um remanescente do Big Bang, em muitos casos os cientistas deviam já ter encontrado um sinal directo da matéria escura em diferentes procedimentos experimentais da Física de Partículas”, sustenta Tenkanen.

“Não sabemos o que é a matéria escura, mas se tem algo a ver com partículas escalares (representadas na distribuição espacial de uma magnitude), esta matéria pode ser mais antiga do que o Big Bang. Com o cenário matemático proposto, não precisamos assumir novos tipos de interacções entre matéria visível e escura além da gravidade, uma vez que já sabemos que está lá”.

A ideia de que a matéria escura pode ser mais antiga do que o Big Bang não é nova. No entanto, os cientistas que estudaram a hipótese antes não conseguiram realizar os cálculos para apoiar a teoria. A publicação frisa mesmo que os cientistas sempre negligenciaram o cenário matemático mais simples possível para encontrar as origens da matéria escura.

O mesmo estudo também sugere uma nova forma para testar a origem da matéria escura: observar as assinaturas que esta deixa na distribuição da matéria no Universo.

“Embora este tipo de matéria escura seja muito difícil de ser encontrado em procedimentos com partículas, esta pode revelar a sua presença em observações astronómicas. Em breve, vamos saber mais sobre a origem da matéria escura quando o satélite Euclid for lançado em 2022. Será muito emocionante ver o que revelará sobre a matéria escura e se as suas descobertas podem ser utilizadas para atingir o pico do tempo antes do Big Bang”.

SA, ZAP //

Por SA
10 Agosto, 2019

 

2330: Afinal, a descoberta de galáxias sem matéria escura não terá passado de um erro humano

P. van Dokkum / ESA / NASA

O mistério aumentou no início do ano com a descoberta do que parecia provar a existência de galáxias antigas “impossíveis”, uma vez que, aparentemente, não tinham nenhuma matéria escura.

No modelo actual da formação de galáxias, é impossível encontrar estes aglomerados estelares sem matéria escura, já que esta estranha forma de matéria é fundamental para produzir o colapso do gás que forma as estrelas.

Em 2018, um estudo anunciava a descoberta de uma galáxia sem matéria escura. Tratava-se da NGC1052-DF2, que tem mais ou menos o tamanho da Via Láctea. Já em Abril deste ano, os astrónomos encontraram uma segunda galáxia sem matéria escura chamada NGC 1052-DF4.

Em algumas galáxias, parece haver mais matéria escura que matéria normal. Até a descoberta do DF2, pensava-se que a matéria escura não é apenas um componente, mas um requisito para as galáxias se formarem.

Mas, agora, os astrónomos têm outras ideias. De acordo com novos cálculos de distância, a galáxia DF4 é muito mais próxima do que as medidas iniciais sugeridas, o que altera tanto a massa da galáxia como um todo como a proporção da massa que poderia ser matéria normal. Com base na nova medida, ela parece uma galáxia comum.

No mês passado, uma equipa diferente de astrónomos lançou uma “bomba”: recalcularam a distância até o DF2 e descobriram que não estavam a 64 milhões de anos-luz de distância, como encontrado anteriormente. Em vez disso, eram apenas 42 milhões de anos-luz da Terra.

Agora os astrofísicos Ignacio Trujillo e Matteo Monelli, do Instituto de Astrofísica das Canárias, aplicaram as suas técnicas à DF4 e tiveram um resultado semelhante. As conclusões foram aceites pela revista The Astrophysical Journal Letters e estão disponíveis no arXiv.

Ao Science Alert, Trujillo disse que a descoberta inicial do DF2 despertou o seu interesse. Não foi apenas a suposta falta de matéria escura que o intrigou, mas os aglomerados globulares. Estes são grandes aglomerados de estrelas que orbitam centros galácticos e são vistos em todos os tipos de galáxias.

“Todas as galáxias que conhecemos, portanto a nossa galáxia, a galáxia de Andrómeda, galáxias anãs e assim por diante, têm uma população de aglomerados globulares que são mais ou menos os mesmos“, disse Trujillo.

Mas os aglomerados globulares do DF2 eram incrivelmente grandes e incrivelmente brilhantes. Então, elaborou um cálculo rápido: a que distância os aglomerados globulares do DF2 precisariam ter luminosidade normal? E que distância para o tamanho normal?

Em dois cálculos separados e independentes, essa distância era de 42 milhões de anos-luz. O próximo passo foi medir a distância. Usando cinco métodos de medição diferentes, a distância foi sempre a mesma: 42 milhões de anos-luz.

“Então eles relataram outro ainda mais extremo”, disse Trujillo. “Me chamou a atenção que estava exactamente no mesmo campo de visão. Então eu digo, oh, talvez eles estejam cometendo exactamente o mesmo erro.”

O problema, diz Trujillo, é que ambas as galáxias são pequenas, mas a calibração de medição de distância que a equipa de Yale usou baseou-se em galáxias muito massivas e pouco adequada para DF2 e DF4.

Além disso, a equipe de Trujillo descobriu que, neste campo de visão específico, existem dois grupos de galáxias. Um deles está a uma distância de cerca de 65 milhões de anos-luz. Este é o grupo ao qual DF2 e DF4 originalmente pertenceram. O outro, no entanto, está mais próximo: 44 milhões de anos-luz. É possível que as duas galáxias estejam associadas ao grupo errado.

Esta distância mais próxima significaria que as duas galáxias teriam menos massa e a proporção de matéria normal é menor. Com a maioria das galáxias, objectos como aglomerados globulares orbitam mais rápido do que deveriam com base na massa que podemos detectar directamente. Alguma massa indetectável está a gerar mais gravidade do que podemos considerar com matéria normal. Essa massa indetectável é o que se chama de matéria escura.

A uma distância maior, a luminosidade das galáxias implicava que havia massa de matéria normal suficiente para produzir essas órbitas.

Trujillo notou que, com a DF4, era ainda mais estranho. “A galáxia é tão exótica que, mesmo com as estrelas sozinhas, são incapazes de explicar a dinâmica”, disse. “É tão artificialmente baixo, a dinâmica é tão baixa, as velocidades, que tem que ser ainda maior com as estrelas que afirmam ter. De alguma forma, para explicar o que têm, precisariam de algum tipo de anti-gravidade, algo extremamente, extremamente estranho”.

Mas o facto de a galáxia estar simplesmente mais próxima de nós acaba por resolver a estranheza. Os cosmologistas acham que as galáxias começam as suas vidas como uma gota de matéria escura, de modo que as galáxias de vida longa sem matéria escura exigiriam um novo modelo de formação de galáxias.

Em poucos meses, dados muito mais profundos do Telescópio Espacial Hubble estarão disponíveis, permitindo que ambas as equipas revejam as suas descobertas mais uma vez. E embora Trujillo acredite que as medições de distância feitas pela equipe de Yale estejam incorrectas porque a calibração estava errada, o cientista também acredita que há a possibilidade de alguma estranheza.

ZAP //

Por ZAP
18 Julho, 2019

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2293: Cientistas querem abrir “um portal para o mundo paralelo”

CIÊNCIA

Chingster23 / Flickr

A física Leah Broussard, do Laboratório Nacional de Oak Ridge, no estado norte-americano do Tennessee, prepara-se para demonstrar a existência de um “universo espelho” composto por um material semelhante ao do nosso mundo.

A informação foi avançada pela especialista em declarações à cadeia televisiva NBC. De acordo com Broussard, o “universo espelho”, que deverá ser testado este verão, é composto por um tipo de matéria escura, a misteriosa matéria que ocupa cerca de 85% do Universo e não pode ser observada excepto através da sua influência gravitacional.

“[O “universo espelho”] manifesta-se como uma cópia perfeita de partículas e interacções do Modelo Padrão de tal forma que a paridade e a inversão do tempo são simetrias exactas (…) [este universo] interage muito fracamente com o nosso Universo conhecido, principalmente do ponto de vista gravitacional”, pode ler-se num estudo publicado no arXiv.org em 2017 por uma equipa de cientistas liderados por Broussard.

No entanto, a física acredita que a matéria escura pode ser detectada se um feixe de partículas subatómicas acelerado com um íman poderoso colidir com uma parede impenetrável – e é exactamente esta experiência que vai levar agora levar a cabo.

Se a teoria da “matéria-espelho” estiver correta, algumas desta partículas vão tornar-se “imagens espelhadas” de si mesmas e continuarão o seu movimento para trás da barreira. “Este é um experimento experimental bastante simples que improvisamos com peças que descobrimos, usando os equipamentos e recursos que já tínhamos disponíveis”.

Apesar da sua simplicidades, a experiência – que os média rotularam já como uma tentativa de “abrir um portal para o mundo paralelo” – pode refutar a visão existente sobre o mundo criado pela Física convencional. “Se descobrirmos algo novo deste género, o jogo muda completamente”, assegurou a cientista.

A cientista não acredita, contudo, que seja possível encontrar vida inteligente no “universo paralelo”. Ainda assim, Broussard não duvida que o “universo-espelho” seja tão complexo quanto o nosso. “É improvável que na matéria escura existam pessoas (…) mas é muito provável que a matéria escura seja tão rica quanto a nossa“, assume Broussard.

ZAP //

Por ZAP
9 Julho, 2019

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2260: De olhos postos na matéria escura, Portugal junta-se a oito países para construir observatório de raios gama nos Andes

CIÊNCIA

Hugo Ortuño Suárez / Flickr

Portugal e mais oito países juntam-se a partir desta segunda-feira numa colaboração internacional para construir um observatório de raios gama na região dos Andes, para procurar sinais de matéria escura no centro da Via Láctea. O projecto deverá estar a funcionar dentro de 8 a 10 anos.

O anúncio foi feito em comunicado pelo Laboratório de Instrumentação e Física Experimental de Partículas (LIP), que representa a participação portuguesa.

Além do LIP, estão envolvidos mais 37 institutos de investigação, oriundos da Alemanha, Argentina, Brasil, Estados Unidos, Itália, México, Reino Unido e República Checa. A concretizar-se a sua construção, será o primeiro observatório de raios gama no hemisfério sul. Já existe um do género, mas no hemisfério norte, no México.

Em declarações à Lusa, o presidente do LIP, Mário Pimenta, disse que o projecto da infraestrutura será concluído em 2022 para que o consórcio possa avançar com candidaturas a financiamento para a obra, que demorará cinco anos.

Mário Pimenta estima em pelo menos 50 milhões de euros o custo da construção do observatório, que incluirá vários tanques de água colocados a uma altitude superior a 4.400 metros para detectar partículas de alta energia através da sua interacção com a água.

O presidente do LIP espera que, angariadas as verbas, o observatório de raios gama no hemisfério sul (SWGO) possa estar a funcionar num prazo de oito a dez anos.

O SWGO servirá para detectar raios gama de energia mais alta, “partículas de luz biliões de vezes mais energéticas do que a luz visível”, permitindo aos físicos descortinarem a origem dos raios cósmicos de alta energia e procurarem partículas de matéria escura e desvios em relação à Teoria da Relatividade Geral de Albert Einstein, refere o comunicado do LIP.

Segundo o Laboratório de Instrumentação e Física Experimental de Partículas, o “campo de visão amplo do SWGO torna-o ideal” para procurar emissões de raios gama “vindas de regiões extensas do céu, como as chamadas bolhas de Fermi”, estruturas com dimensões comparáveis à Via Láctea e “ricas em matéria escura”, bem como “fenómenos inesperados”, como a fusão de duas estrelas de neutrões, que dá origem a um buraco negro (região de onde nem a luz escapa).

O LIP destaca que a localização do SWGO, no hemisfério sul, possibilitará “observar directamente a região mais interessante da Via Láctea”, o seu centro, que tem um buraco negro quatro milhões de vezes “mais pesado” do que o Sol.

O SWGO parte das experiências feitas com o observatório no México, o HAWC, que detecta, a elevada altitude, “os chuveiros de partículas produzidos pelos raios gama primários que atingem a atmosfera”, mas também irá explorar “novas tecnologias que permitam aumentar a sensibilidade e baixar o limiar de energia do detector”.

Realçando a importância do SWGO, o LIP assinala que o estudo das emissões de raios gama de muita alta energia, que podem durar segundos ou dias, requer a observação contínua de “grandes porções do céu, sensíveis às energias acima do alcance” das observações por satélite e um trabalho em conjunto com outros observatórios, de fotões, neutrinos e ondas gravitacionais.

O Laboratório de Instrumentação e Física Experimental de Partículas lembra que a detecção directa dos raios gama primários só pode ser feita com telescópios espaciais, como o Fermi, mas a tecnologia usada é mais onerosa, limitando o tamanho dos detectores e a sua sensibilidade.

Telescópios terrestres como os de Cherenkov permitem detectar, igualmente, raios gama de alta energia, mas, ao contrário do observatório SWGO proposto, têm “tempos de observação e campos de visão limitados”, apesar de “muito precisos”. Um desses telescópios está instalado na ilha espanhola de La Palma, nas Canárias.

ZAP // Lusa

Por ZAP
1 Julho, 2019

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2128: O mistério da galáxia sem matéria escura foi finalmente resolvido

CIÊNCIA

NRAO/AUI/NSF; Dana Berry / SkyWorks; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Uma equipa de cientistas Instituto de Astrofísica das Ilhas Canárias (IAC) esclareceu um dos mistérios da Astrofísica extra-galáctica de 2018: a alegada existência de uma galáxia sem matéria escura.

No modelo actual da formação de galáxias, é impossível encontrar estes aglomerados estelares sem matéria escura, já que esta estranha forma de matéria é fundamental para produzir o colapso do gás que forma as estrelas.

Em 2018, um estudo publicado na revista Nature anunciava a descoberta de uma galáxia sem matéria escura. A publicação teve um grande impacto entre a comunidade científica, fazendo mesmo a capa de várias revistas científicas.

Agora, e de acordo com uma nova investigação publicada na revista Monthly Notices da Royal Astronomical Society (MNRAS), uma equipa de investigadores do IAC diz ter resolvido o mistério da galáxia [KKS2000] 04 (NGC1052 -DF2) – também conhecida como “galáxia sem matéria escura” – através da sua observação minuciosa.

Neste trabalho, a equipa, que estava a estranhar o facto de todas as propriedades dependentes da distância da galáxia serem anómalas, voltaram a analisar os indicadores de distância disponíveis. Recorrendo a cinco métodos independentes para estimar a distância do objecto estelar, os especialistas descobriram que métodos coincidem num aspecto: a galáxia é muito mais próxima do que foi apontado na investigação original.

O artigo publicado na Nature afirmava que a galáxia estava a uma distância de cerca de 64 milhões de anos-luz da Terra. No entanto, a nova pesquisa revelou que a distância real é muito menor: cerca de 42 milhões de anos-luz.

Graças a estes novos dados, todas as propriedades da galáxia derivadas da sua distância voltaram a ser normais e encaixam-se dentro das tendências observadas e traçadas por galáxias com características semelhantes.

Em comunicado, a equipa explica que o facto mais importante que a nova investigação traz à luz é que o número de estrelas nesta galáxia é cerca de um quarto do que foi originalmente estimando. Quanto à sua massa, é cerca de metade do que foi inicialmente estimado. Esta diferença é interpretada pela presença de matéria escura, alterando assim as conclusões anteriores.

Os resultados da investigação mostram a importância de definir distâncias precisas para objectos extra galácticos. Por muito tempo, esta tem sido – e ainda é – uma das tarefas mais difíceis da Astrofísica: medir a distância de objectos que não conseguimos alcançar.

ZAP //

Por ZAP
7 Junho, 2019



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1804: Stephen Hawking estava errado. A matéria escura não é composta por mini buracos negros

JPL-Caltech / NASA

Os físicos descartaram a possibilidade de que os buracos negros primordiais – com menos de um décimo de milímetro – componham a maior parte da matéria escura.

Uma equipa internacional de investigadores colocou uma teoria especulativa formulada por Stephen Hawking sob o teste mais rigoroso até ao momento. Detalhes desse estudo foram publicados na revista Nature Astronomy.

Os cientistas sabem que 85% da matéria no Universo é composta de matéria escura. A sua força gravitacional impede que as estrelas da Via Láctea se separem. No entanto, as tentativas de detectar partículas de matéria escura com recurso a experiências subterrâneas, ou experiências com aceleradores, incluindo o maior acelerador do mundo, o Large Hadron Collider, falharam até agora.

Isso levou os cientistas a considerar a teoria de Hawking, de 1974, sobre a existência de buracos negros primordiais nascidos logo após o Big Bang, e a sua especulação de que poderiam constituir uma grande fracção da matéria escura que os cientistas estão a tentar descobrir actualmente.

A equipa, liderada por Masahiro Takada, Hiroko Niikura e Naoki Yasuda, do Instituto Kavli de Física e Matemática do Universo, e incluindo investigadores do Japão, Índia e EUA, usaram o efeito de lente gravitacional para procurar buracos negros primordiais entre a Terra e a galáxia de Andrómeda.

A lente gravitacional, efeito primeiramente sugerido por Albert Einstein, manifesta-se na curvatura dos raios de luz vindos de um objeto distante, como uma estrela, devido ao efeito gravitacional de um objeto massivo interveniente, como um buraco negro primordial. Em casos extremos, a curvatura da luz faz com que a estrela pareça muito mais brilhante do que originalmente é.

Instituto Kavli de Física e Matemática do Universo

No entanto, os efeitos de lentes gravitacionais são eventos muito raros, porque requerem que uma estrela na galáxia de Andrómeda, um buraco negro primordial a actuar como lente gravitacional e um observador na Terra estejam exactamente alinhados.

Para maximizar as probabilidades de capturar um evento, os investigadores usaram a câmara digital Hyper Suprime-Cam no telescópio Subaru, no Hawai, que consegue capturar toda a imagem da galáxia de Andrómeda de uma vez, de acordo com um comunicado publicado no site do Instituto.

Tendo em conta a rapidez com que se espera que os buracos negros primordiais se movam no espaço interestelar, a equipa tirou várias fotografias para capturar o brilho de uma estrela enquanto esta se ilumina por um período de alguns minutos a horas devido às lentes gravitacionais.

Partindo de 190 imagens consecutivas da galáxia de Andrómeda, a equipa vasculhou os dados em busca de possíveis eventos de lentes gravitacionais. Se a matéria escura consistisse de buracos negros primordiais com uma determinada massa – neste caso, massas mais leves que a Lua -, os investigadores esperariam encontrar cerca de mil eventos. Mas depois de análises cuidadosas, só conseguiram identificar um caso.

Os resultados da equipa mostraram que os buracos negros primordiais não poderiam contribuir com mais de 0,1% de toda a massa de matéria escura. Portanto, é improvável que a teoria esteja correta.

Uma nova teoria que os cientistas investigam agora é tentar descobrir se os buracos negros binários descobertos pelo detector de ondas gravitacionais LIGO são, na verdade, buracos negros primordiais.

ZAP //

Por ZAP
4 Abril, 2019

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1799: Astrónomos encontraram a segunda galáxia-fantasma sem matéria escura

P. van Dokkum / ESA / NASA

No ano passado, os astrónomos encontraram a primeira galáxia sem matéria escura. Agora, encontraram mais uma. O achado reforça o caso sobre a existência deste tipo de matéria.

Como os astrónomos da segunda galáxia a descobriram sem qualquer matéria escura, a nova descoberta – chamada NGC 1052-DF4 (abreviada como DF4) – confirma que a primeira descoberta, NGC 1052-DF2 (DF2), não foi um erro.

Após a sua descoberta, o DF2 foi realmente uma grande surpresa para as ideias actuais sobre a formação e dinâmica das galáxias, porque a matéria escura é uma parte vital da nossa compreensão das galáxias.

A matéria escura é actualmente indetectável até mesmo para os melhores instrumentos, mas sabemos que há algo lá fora, alguma massa invisível, que aumenta as forças gravitacionais em jogo nas galáxias. Na Via Láctea, por exemplo, a velocidade da borda externa da galáxia é muito mais rápida do que seria se fosse afectada apenas pela matéria detectável.

Em algumas galáxias, parece haver mais matéria escura que matéria normal. Até a descoberta do DF2, pensava-se que a matéria escura não é apenas um componente, mas um requisito para as galáxias se formarem.

Assim, o artigo inicial atraiu algumas críticas – e até algumas dúvidas entre a equipa. “Apesar de termos feito todos os testes em que podíamos pensar, estávamos preocupados com o facto de a natureza nos ter atirado para um ciclo e conspirado para fazer algo parecer realmente especial, quando era algo mais mundano”, disse o astrónomo Pieter van Dokkum, da Universidade de Yale.

Então, encontraram DF4, de acordo com o estudo publicado na revista The Astrophysical Journal Letters. Como o DF2, é uma galáxia ultra-difusa – grande, espalhada e demasiado fraca para ser observada. Estes objectos são aproximadamente do tamanho da Via Láctea, mas com 100 a 1.000 vezes menos estrelas. Ambas foram associadas à galáxia elíptica NGC 1052, a cerca de 63 milhões de anos-luz da constelação de Cetus.

E como o DF2, o DF4 parece estar completamente carente de matéria escura. Usando o Espectrómetro de Imagem de Baixa Resolução do Observatório Keck (LRIS), os astrónomos rastrearam o movimento orbital de sete densos aglomerados de estrelas chamados aglomerados globulares. A velocidade acabou por ser consistente com o efeito gravitacional da massa da matéria normal estimada da galáxia.

“Descobrir uma segunda galáxia com pouca ou nenhuma matéria escura é tão excitante como a descoberta inicial do DF2”, disse van Dokkum. “Significa que as probabilidades de encontrar mais galáxias são maiores do que pensávamos anteriormente. Como não temos boas ideias de como estas galáxias se formaram, espero que as descobertas encorajem mais cientistas a trabalhar neste enigma.”

A equipa também realizou mais pesquisas para confirmar os resultados anteriores do DF2. Usando o poderoso Keck Cosmic Web Imager (KCWI) do Observatório W. Keck, rastrearam as órbitas de 10 aglomerados globulares. A velocidade destes também foi consistente com a falta de matéria escura.

As galáxias são um argumento de apoio para a existência de matéria escura, porque provam que a matéria normal pode existir separadamente. Existem hipóteses alternativas à teoria da matéria escura mas, sob os aspectos, a existência dessas galáxias torna-se um problema mais difícil.

“Esperamos descobrir como se estas galáxias são comuns e se existem noutras áreas do universo”, disse a astrónoma Shany Danieli, da Universidade de Yale. “Queremos encontrar mais evidências que nos ajudem a entender como as propriedades destas galáxias funcionam com as nossas teorias actuais. A nossa esperança é que nos leve um passo adiante na compreensão de um dos maiores mistérios do nosso universo – a natureza da matéria escura”.

ZAP // Science Alert

Por ZAP
3 Abril, 2019

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1697: A gravidade extra do Universo pode não ser provocada pela matéria escura (mas sim pela luz)

ESA / Hubble & NASA

Astrofísicos europeus lançaram recentemente uma possibilidade que apanhou muitos desprevenidos: e se o estranho comportamento das galáxias for explicado pela massa combinada de inúmeros fotões, e não pela famosa matéria escura?

Os cientistas procuram há já várias décadas por provas concretas de presença de matéria escura, mas a verdade é que este material misterioso permanece indetectável. Agora, os astrofísicos estão a explorar uma possibilidade intrigante: e se não é a matéria escura que afecta a rotação galáctica, mas sim a massa da luz?

Os cientistas afirmaram durante muito tempo que a matéria invisível constitui a maior parte da massa do Universo. Qualquer comportamento de objectos espaciais que não pode ser explicado pela massa comum – a forma como as galáxias giram no espaço, por exemplo – pode ser explicado pelos efeitos gravitacionais da matéria escura.

Mas agora acaba de surgir uma ousada teoria que sugere que o estranho comportamento das galáxias pode ser explicado pela massa combinada de inúmeros fotões, e não pela matéria escura.

Num artigo científico datado de 1980, a astrónoma Vera Rubin provou uma característica particularmente estranha das galáxias: as suas bordas giram muito mais rápido do que seria suposto.

À medida que nos movemos para fora do centro galáctico, o movimento orbital das estrelas e do gás no disco deve, pelo menos teoricamente, desacelerar graças à diminuição da velocidade proporcional à distância do centro. A isto se chama declínio kepleriano, um fenómeno que pode ser observado de forma muito precisa em sistemas planetários como o Sistema Solar. No entanto, isto não acontece na maioria das galáxias.

Em vez disso, explica o ScienceAlert, as curvas de rotação das galáxias permanecem planas ou aumentam. Com base no efeito gravitacional da matéria, as estrelas externas orbitam muito mais rapidamente do que deveriam.

Quando se aperceberam deste fenómeno, os cientistas colocaram em cima da mesa a hipótese da matéria escura – não sabemos o que é, nem a conseguimos detetar, mas há no nosso Universo físico algo que ganha uma gravidade extra.

Contudo, esse “algo” pode não ser a tão aclamada matéria escura. Dmitri Ryutov, do Laboratório Nacional Lawrence Livermore, na Califórnia, e Dmitry Budker e Victor Flambaum, da Universidade Johannes Gutenberg de Mainz, na Alemanha, apostam as fichas nesta segunda hipótese.

Num novo estudo, publicado recentemente no The Astrophysical Journal, os cientistas afirmam que as partículas de luz – fotões – são a fonte do fenómeno, pelo menos parcialmente. Apesar de não causarem gravidade, a massa dos fotões cria algo que se comporta de forma muito parecida.

“Assumindo uma certa massa de fotões, muito menor que o limite superior actual, podemos mostrar que essa massa seria suficiente para gerar forças adicionais numa galáxia e que essas forças seriam grandes o suficiente para explicar as curvas de rotação. Esta conclusão é extremamente excitante”, afirmaram.

Os cientistas descrevem este efeito como uma espécie de “pressão negativa” causada por tensões electromagnéticas relacionadas à massa dos fotões. Quando colocados no contexto de um sistema matemático chamado electrodinâmica de Maxwell-Proca, essas tensões electromagnéticas podem gerar forças centrípetas adicionais, actuando predominantemente no gás interestelar. A este fenómeno a equipa deu o nome de Proca stress.

Para já, todas esta suposições são hipotéticas e matéria escura continua a ser a teoria-rainha. Mas não há nada de mal em procurar novas e prováveis explicações. Pelo contrário.

“Actualmente, não consideramos a massa de fotões como uma solução para o problema da curva de rotação. Mas pode ser parte da solução”, concluiu Budker.

LM, ZAP //

Por LM
11 Março, 2019

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1528: A misteriosa matéria escura pode ser aquecida (e movimentada)

(dr) HST/Oliver Müller

Os “caçadores” da matéria escura podem não saber quase nada sobre esta massa que abunda no Universo mas sabem, a partir de agora e graças a uma nova investigação, que a matéria escura pode ser aquecida e até movimentada.

A história da matéria escura, que há anos tira o sono a astrónomos e físicos, tem tanto de fascinante como de “velha”: apesar de a matéria escura ocupar grande parte do Cosmos (85%), esta não pode ser observada directamente, uma vez que não interage com a luz da mesma forma que a restante matéria. Assim, os cientistas veem-se limitados a estudá-la a partir dos seus efeitos gravitacionais sobre a matéria visível. Também a sua composição continua, até então, envolta em mistério.

Os cientistas desvendaram agora um fragmento deste puzzle. Pela primeira vez, uma equipa de investigação encontrou evidências de que a matéria escura pode ser aquecida e movimentada como resultado da formação estelar em galáxias anãs.

Os resultados da investigação, publicados no início do mês de Janeiro na revista especializada Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, descrevem a primeira evidência observacional do efeito conhecido como “o aquecimento da matéria escura”, dando novas pistas sobre o que compõe esta misteriosa massa.

A equipa, que contou com especialistas da Universidade de Surrey, no Reino Unido, da Universidade de Carnegie Mellon, nos Estados Unidos, e do Instituto Federal de Tecnologia de Zurique, na Suíça, foi à procura de evidências da matéria escura nos centros de galáxias anãs próximas. As galáxias anãs, também conhecidas como galáxias satélite, são aglomerados relativamente pequenos e fracos que orbitam por norma galáxias de maiores dimensões, como é o caso da Via Láctea.

Quando as estrelas se formam, explica a equipa em comunicado, ventos fortes podem empurrar gás e poeira para longe do coração da galáxia. Consequentemente, o centro galáctico fica com menos massa, afectando o quão a gravidades é sentida pela matéria escura restante. Assim, e como há menos atracção gravitacional, a matéria escura ganha energia e migra para longe do centro – fenómeno ao qual se apelidou de “aquecimento da matéria escura”.

Quanto mais antigas, menor aquecimento de matéria escura

Para provar a movimentação e o aquecimento da matéria escura, a equipa de astrofísicos mediu a matéria escura existente nos centros galácticos de 16 galáxias anãs com histórias de formação estelar muito distintas.

Os resultados mostraram que as galáxias que pararam de formar estrelas há muito tinham maiores densidades de matéria escura nos seus centros galácticos comparativamente àquelas que ainda hoje formam estrelas. Os dados apoiam assim a hipótese de que as galáxias mais antigas tinham menos aquecimento de estrelas.

“Encontramos uma relação verdadeiramente notável entre a quantidade de matéria escura existente no centros das galáxias anãs e a quantidade de formação estelar que estas galáxias experimentam ao longo das suas vidas”, explicou o professor Justin Read, autor principal do estudo e chefe do Departamento de Física da Universidade de Surrey.

E sustenta: “A matéria escura no centro das galáxias formadores de estrelas parece ter sido ‘aquecia’  e empurrada para fora”.

J. Read et al.
A formação de estrelas em pequenas galáxias anãs pode “aquecer” lentamente a matéria escura, empurrando-a para fora do seu centro galáctico. A imagem da esquerda mostra a densidade de hidrogénio numa galáxia anã simulada. A imagem da direita mostra o mesmo para uma galáxia anã real, a IC 1613.

A investigação restringe assim os limites dos modelos sobre a matéria escura: esta massa deve ser capaz de formar galáxias anãs pequenas que exibam uma gama de densidades centrais, densidades estas que devem estar relacionadas com a quantidade de estrelas que vão formando ao longo da sua vida.

“Este estudo pode ser a ‘prova flagrante‘ que nos levará mais perto de perceber o que é a matéria escura. A nossa descoberta de que a matéria escura pode ser aquecida e movimentada pode ajudar a motivar mais investigação em busca de partículas de matéria escura”, considerou Matthew Walker, professor da Universidade de Carnegie Mellon.

Apesar do avanço científico, ficam ainda muitas perguntas por responder. Cientes disto, a equipa de astrofísicos espera, no futuro, expandir este trabalho, medindo a densidade central da matéria escura numa maior amostra de galáxias anãs.

SA, ZAP //

Por SA
28 Janeiro, 2019

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1468: Cientistas descobrem matéria escura “desaparecida” desde o início do Universo

Colaboração KiDS/H. Hildebrandt & B. Giblin/ESO
Mapa de matéria escura no Universo

Segundo uma investigação recente, a maioria das galáxias que existiam há 10 mil milhões de anos tinha, aproximadamente, a mesma quantidade de matéria escura que as galáxias actuais.

Aparentemente, a matéria escura existe nas galáxias há muito tempo. A maioria das galáxias que já existia há 10 mil milhões de anos tinha tanta matéria escura quanto a que têm hoje – facto que contraria estudos que sugerem que no início do Universo havia menos matéria escura.

“A matéria escura era tão abundante em galáxias em formação no passado distante quanto hoje”, afirmou Alfred Tiley, astrónomo da Universidade Durham, no Reino Unido, autor principal do estudo que será publicado na Monthly Notices, (mas que já está disponível no site arXiv).

A matéria escura compõe 85% da massa total de Universo conhecido, mas não interage com a luz, o que dificulta o seu estudo. Em vez de a tentarem observar, os astrónomos devem prestar atenção à força gravitacional que ela exerce sobre a matéria comum. Assim, os especialistas observam de que forma as estrelas, nebulosas e planetas reagem à matéria escura.

A matéria escura tende a acumular-se em “aureolas” ao redor das galáxias. Os astrónomos descobriram esta particularidade medindo a rapidez com que as galáxias giram.

De acordo com a lei da gravidade de Newton, as estrelas periféricas deveriam ter uma rotação mais lenta do que as do centro, mas em 1960, os astrónomos notaram que as estrelas nessas regiões giravam rapidamente – o que indicava que havia uma outra força a actuar sobre estes corpos.

Desde então, vários estudos centraram-se na medição de milhares de taxas de rotação em todo o Universo, confirmando a presença dessas “aureolas” de matéria escura.

Neste estudo, os cientistas usaram dados de duas observações de 1,5 mil galáxias que formam estrelas para calcular as taxas de rotação de galáxias há 10 mil milhões de anos.  Fazer esta medição é muito complicado, porque estas galáxias anciãs são incrivelmente distantes e difíceis de observar.

“A nossa estimativa da quantidade de matéria escura em galáxias é uma média da população inteira em cada época. A quantidade de matéria escura em galáxias individuais pode variar significativamente”, disse Tiley ao Live Science.

O estudo foi, porém, questionado por um cientistas que conseguiu obter resultados diferentes. “A nova investigação usa apenas uma de quatro técnicas independentes que usamos no nosso trabalho”, defendeu o astrónomo Reinhard Genzel, do Instituto Max Planck, na Alemanha.

O cientista publicou um outro trabalho que concluiu que as galáxias do início do Universo tinham menos matéria escura que as galáxias mais jovens. O estudo em causa analisou galáxias maiores e usou modelos diferentes para medir a quantidade de matéria.

Tiley defendeu-se, afirmando que as galáxias massivas estudadas por Genzel são muito raras no Universo distante. “Parece que o resultado dele se aplica a galáxias massivas numa época distante. No entanto, a galáxia estudada pode não ser representativa de galáxias com massas comparativamente menores, como aquelas que estudamos.”

Os resultados do novo estudo parecem estar de acordo com o Modelo Lambda-CDM que descreve o Universo – o modelo conceptual de concordância da teoria do Big Bang que explica que as observações cósmicas realizadas sobre a radiação de fundo de micro-ondas são explicadas pela expansão acelerada do Universo.

ZAP // HypeScience

Por ZAP
12 Janeiro, 2019

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1381: Um simples sinal negativo pode explicar por que 95% do Universo está a desaparecer

CIÊNCIA

ESA / XMM-Newton / J-T. Li (Universidade de Michigan) / SDSS

Uma equipa de cientistas da Universidade de Oxford, no Reino Unido, pode ter resolvido um dos maiores mistérios da Física moderna ao unificar a matéria escura com a energia escura num só fenómeno – um fluído de “massa negativa” -, que pode explicar por que motivo está o Universo a desaparecer.

No modelo actual e mais aceite da Cosmologia (LambdaCDM), a matéria escura e a energia escura constituem, no total, mais de 95% do Universo. No entanto, e apesar da sua forte presença no Universo, nada se sabe sobre as suas propriedades físicas. A matéria escura só interage gravitacionalmente, ou seja, tudo o que sabemos sobre este fenómeno é fruto dos seus efeitos gravitacionais com a matéria observável, como as estrelas ou galáxias.

A nova teoria, que reconhece desde logo que nenhum dos conceitos de massa negativa ou de criação de massa são novos, oferece uma nova explicação baseada na sua combinação, sugerindo que se empurramos uma massa negativa, esta acelera na nossa direcção (ou seja, no sentido inverso) – hipótese que pode ainda validar um teoria traçadas por Einstein há um século.

De acordo com o artigo, recentemente publicado na revista científica Astronomy Astrophysics, estes conceitos não conseguem, individualmente, explicar as observações astrofísicas modernas contudo, a sua combinação pode ser uma solução.

“Agora acreditamos que tanto a matéria escura como a energia escura podem ser unificadas num fluído que tem uma espécie de ‘gravidade negativa’, repelindo assim todo o material à sua volta. Embora esta seja uma questão peculiar para nós, sugere que o nosso cosmos é simétrico, tanto em qualidades positivas como negativas”, explicou Jamie Farnes, do Centro de Investigação Electrónica do Departamento de Ciências da Engenharia de Oxfort, citado pela agência Europa Press.

Anteriormente, a existência de matéria negativa havia sido descartada, uma vez que se acreditava que este material se tornava menos denso à medida que o Universo se expandia, o que vai em sentido oposto às observações que demonstram que a energia escura não é diluída com o passar do tempo.

Porém, o novo estudo de Farnes adiciona uma nova variável, aplicando o “tensor de criação”, tal como é descrito no artigo, que permite a criação contínua de massas negativas. Com isto, o cientista argumenta que quando mais e mais massas negativas se formam continuamente, esta massa negativa não se dissolve durante a expansão do cosmos. De facto, o fluído parece assemelhar-se à energia escura.

A nova teoria fornece ainda as primeiras previsões corretas sobre o comportamento dos halos de matéria escura. A maioria das galáxias gira tão rapidamente que deviam dilacerar-se com esse movimento, sugerindo que existe um halo invisível de matéria escura que as mantém juntas, de acordo com Farnes.

A investigação recorreu a simulações computorizadas das propriedades de massa negativa, prevendo a formação de halos de matéria escura, tal como já tinha sido inferido pelas observações que recorrem a radiotelescópios modernos.

O “grande erro” de Einstein pode ter previsto a matéria negativa

Há 100 anos, Albert Einstein deu o primeiro sinal de que poderia existir um Universo “sombrio”, quando descobriu um parâmetro nas suas equações – a “constante cosmológica” – que agora sabemos ser sinónimo de energia escura.

Observações astrofísicas modernas mostram que a constante de Einstein, que o próprio considerou ser o seu “grande erro”, é, na verdade, um fenómeno real. Em anotações datadas de 1918, o físico postulou ser necessária uma modificação na teoria “para que o espaço vazio assuma o papel da gravidade das massas negativas que estão distribuídas por todo o espaço interestelar”.

Apesar de não se mostrar muito satisfeito com a constante, é muito provável que Einstein tivesse já previsto um Universo repleto de massas negativas.

“As abordagens anteriores para combinar a energia escura e a matéria escura têm tentado modificar a teoria da Relatividade Geral de Einstein, o que é incrivelmente desafiador. A nova abordagem pega em duas ideias antigas que são conhecidas por serem compatíveis com a teoria de Einstein – massas negativas e criação de matéria – e combina-as”, explicou o cientista.

“O resultado pode ser muito bonito: a energia escura e a matéria escura podem unificar-se numa só substância, e ambos os efeitos podem explicar-se simplesmente como uma massa de matéria positiva a navegar num mar de massas negativas“, sustentou.

A prova teoria de Farnes surgirá a partir de testes que são futuramente realizados com o radiotelescópio Square Kilometer Array (SKA), projecto internacional que visa construir o maior telescópio do mundo, no qual a Universidade de Oxford participa.

Apesar de reconhecer que há ainda problemas teóricos e simulações computacionais que precisam de trabalho, e tendo também em conta que o modelo do LambdaCDM tem uma vantagem de quase 30 anos, Farnes está “ansioso” para ver se esta versão estendida do LambdaCDM pode coincidir com outros testes observacionais do nosso Universo.

“Se for real, sugiro que os 95% perdidos do cosmos tivessem uma solução estética: esquecemo-nos de incluir um simples sinal negativo“, rematou o cientista.

SA, ZAP // Europa Press; Phys.org

Por SA
6 Dezembro, 2018

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1284: “Furacão” de matéria escura vai colidir com a Terra

NASA / JPL-Caltech
Terra cercada por filamentos de matéria escura

Se os cálculos de uma equipa de astrónomos estiverem correctos, o Sistema Solar estará, em breve, no meio de um evento turbulento: um “furacão” de matéria escura, a soprar a uma velocidade de 500 quilómetros por segundo.

Apesar de não conseguirmos ver nem sentir, está para muito breve uma detecção directa de matéria escura, avança uma equipa de astrónomos que desconfia que um “furacão” de matéria escura colidirá com a Terra.

A matéria escura continua a ser um dos grandes enigmas do Universo. Não sabemos o que é, mas sabemos que existe. E como é que temos a certeza disso? Os astrónomos sabem-no com base nos movimentos das estrelas e galáxias, que são rápidas demais para a quantidade de massa observável.

Há, então, uma outra massa a criar gravidade e a influenciar esses movimentos cósmicos. Aliás, com base nesses movimentos, os astrónomos conseguem calcular essa massa invisível – ou “matéria escura”, como lhe chamam os entendidos.

Os cientistas trabalham diariamente para conseguir novas e inovadoras formas de detectar esse tipo de matéria, mas ainda não chegaram lá. No entanto, isso não impediu um conjunto de físicos de afirmar que estamos o meio de uma tremenda tempestade de matéria escura. Mas como sabem isso?

Com o lançamento dos dados do satélite Gaia, no ano passado, os astrónomos descobriram uma corrente estelar, deixada para trás por uma grande galáxia anã esferoidal que foi “engolida” pela Via Láctea há muitos anos. Apesar de ter havido várias detecções de fluxos parecidos na Via Láctea, o S1 (como agora é conhecido) é incomum.

Segundo os astrónomos, a corrente estelar associada à matéria escura move-se como se fosse um riacho. Ciaran O’Hare, físico da Universidade de Zaragoza, em Espanha, liderou uma equipa de investigadores para descobrir o efeito de S1 na matéria escura no nosso cantinho da Via Láctea. O estudo foi publicado recentemente na Physical Review D.

Assim, através da análise de modelos diferentes para a densidade e distribuição da matéria escura que flui no fluxo de S1, os cientistas previram assinaturas de matéria escura para cada um desses modelos, passíveis de serem detectadas na Terra.

Uma dessas assinaturas é produzida pelas partículas massivas de interacção fraca hipotética, conhecidas como WIMPs. Se essas partículas existirem, devemos ser capazes de detectá-las através das suas colisões com electrões ou núcleos atómicos. Isso faria com que as partículas carregadas na Terra recuassem, produzindo uma luz que poderia ser captada por xénon líquido ou detectores de cristal.

Através de vários cálculos, a equipa determinou que é muito improvável que estes detectores de WIMP captem qualquer efeito de S1, apesar de ser possível no futuro, conforme a tecnologia progride.

Detectores de axiões – como o Axion Dark Matter Experiment – têm uma maior probabilidade de detectar, mas, para já, são apenas hipotéticos. Os axiões, se existirem, são incrivelmente leves – cerca de 500 milhões de vezes mais leves do que um electrão. Além disso, é possível que os axiões sejam um dos componentes principais da matéria escura.

Segundo os cálculos dos físicos, estas partículas ultra-leves (que não conseguimos observar) poderiam ser convertidas em fotões, passíveis de serem detectados.

Na verdade, não passam de partículas hipotéticas. No entanto, como o fluxo de S1 viaja directamente através do Sistema Solar, o furacão de matéria escura provavelmente cruzará o caminho de vários detectores espalhados pelo mundo.

O estudo admite que os detectores WIMP provavelmente não verão matéria escura do fluxo S1. No entanto, estes são voltados para detectar “matéria escura axiónica“, baseada no axião.

Como a matéria escura é teorizada para representar cerca de 85% da matéria no Universo, a detecção da partícula ou das partículas que a compõem mudaria fundamentalmente a maneira como olhamos para o Universo. Na verdade, não há motivo para temermos o “furacão de matéria escura” – na verdade, é uma coisa boa.

ZAP // ScienceAlert

Por ZAP
14 Novembro, 2018

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1091: Cientistas já sabem onde está escondida a matéria escura do Universo

ESO/M. Kornmesser

No Universo, há uma grande quantidade de matéria que não conseguimos ver directamente. Agora, os cientistas conseguem garantir que, apesar de não a conseguirmos ver, ela existe: é a chamada matéria escura.

A matéria escura puxa as estrelas e galáxias ao seu redor, alterando os seus movimentos. Além disso, puxa também a luz conforme ela passa, dobrando a sua trajectória, num fenómeno chamado lente gravitacional. Agora, uma equipa de cientistas estudou esse fenómeno e onde acontece, desenhando um detalhado mapa 3D da matéria escura.

A maior vantagem deste recente mapa cósmico, publicado no arXiv no dia 24 de Setembro, é que ajudará os cientistas a descobrir precisamente como e onde a matéria escura opera no espaço. Este tipo de energia invisível cobre o Universo, acelerando a sua expansão.

“Este mapa dá-nos uma imagem mais detalhada da quantidade de energia escura que existe e diz-nos também um pouco mais acerca das suas propriedades e de que forma está a acelerar a expansão do Universo”, disse Rachel Mandelbaum, astrónoma da Universidade Carnegie Mellon, em Pittsburgh, em comunicado.

HSC PROJECT / UTOKYO
Ao analisar as lentes gravitacionais de galáxias distantes, os cientistas criaram um mapa 3D detalhado da distribuição da matéria escura no universo

Para construir o mapa, a equipa estudou cuidadosamente as formas de até 10 milhões de galáxias, incluindo aquelas muito distanciadas, das quais a luz criada há milhares de milhões de anos, durante o início do Universo, só agora está a atingir a Terra.

Em seguida, mediram o quanto as formas das galáxias pareciam estar distorcidas em relação ao que esperavam e revelaram a percentagem dessa distorção que era provocada pela matéria escura. Essa diferença permitiu aos astrónomos inferir quanta matéria escura a luz tinha de passar antes de atingir o nosso planeta.

Este mapa tem por base o primeiro dos cinco anos de observações do telescópio japonês Subaru no Havai, como parte de um projecto  chamado Hyper Suprime-Cam Survey (HSC). O HSC continuará a percorrer o espaço durante mais quatro anos para tornar o mapa ainda mais preciso e completo.

A equipa comparou os resultados com uma pesquisa realizada anteriormente na Europa, chamada Planck. Essa investigação analisou os leves traços do Big Bang deixados para trás na radiação electromagnética, conhecida como fundo de microondas cósmico. A diferença entre os dois resultados é muito pequena, aliás, pequena o suficiente para que não seja estatisticamente significativa.

O facto de o HSC encontrar resultados um pouco mais baixos do que o Planck levanta uma questão tentadora: será que a energia escura se comporta como a constante cosmológica de Einstein?

A equipa não responde à questão, mas adianta que o HSC é um óptimo complemento para outras pesquisas. “A combinação de dados entre os projectos será uma ferramenta poderosa à medida que tentamos descobrir mais e mais sobre a natureza da matéria escura e da energia escura”, dizem os investigadores.

Por ZAP
2 Outubro, 2018

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706: UM TESTE GALÁCTICO ESCLARECERÁ A EXISTÊNCIA DA MATÉRIA ESCURA

Esta imagem mostra a distribuição da matéria escura (cima) e das estrelas (baixo).
Crédito: E. Garaldi, C. Porciani, E. Romano-Díaz/Universidade de Bona para a Colaboração ZOMG

Investigadores da Universidade de Bona e da Universidade da Califórnia em Riverside usaram sofisticadas simulações de computador para criar um teste que pudesse responder a uma questão candente na astrofísica: será que a matéria escura realmente existe? Ou será que a lei gravitacional de Newton precisa de ser modificada? O novo estudo, publicado na Physical Review Letters, mostra que a resposta está escondida no movimento das estrelas dentro de pequenas galáxias satélite que giram em torno da Via Láctea.

Usando um dos supercomputadores mais rápidos do mundo, os cientistas simularam a distribuição da matéria nas chamadas galáxias “anãs” satélite. Estas são pequenas galáxias que rodeiam, por exemplo, a Via Láctea ou Andrómeda.

Os investigadores focaram-se na denominada “relação de aceleração radial” (ou RAR). Nas galáxias de disco, as estrelas movem-se em órbitas circulares em torno do centro galáctico. A aceleração que as força constantemente a mudar de direcção é provocada pela atracção da matéria na galáxia. A RAR descreve a relação entre esta aceleração e a provocada apenas pela matéria visível. Fornece uma visão acerca da estrutura das galáxias e da sua distribuição de matéria.

“Nós simulámos, pela primeira vez, a RAR das galáxias anãs partindo do pressuposto de que a matéria escura existe,” explica o Prof. Dr. Cristiano Porciani do Instituto Argelander de Astronomia da Universidade de Bona. “Acontece que se comportam como versões mais pequenas de galáxias maiores.” Mas e se não houver matéria escura e, em vez disso, a gravidade “funcionar” de forma diferente do que pensava Newton? “Neste caso, a RAR das galáxias anãs depende muito da distância até à galáxia de origem, enquanto isso não acontece se a matéria escura existir,” explica o investigador Emilio Romano-Díaz.

Esta diferença torna as galáxias satélite uma poderosa ferramenta para testar se a matéria escura realmente existe. A nave espacial Gaia, que foi lançada pela ESA em 2013, já pode fornecer uma resposta. Foi construída para estudar as estrelas na Via Láctea e nas suas galáxias satélite com detalhes sem precedentes e já recolheu uma grande quantidade de dados.

No entanto, este enigma provavelmente levará anos até ser resolvido. “As medições individuais não são suficientes para testar as pequenas diferenças que encontramos nas nossas simulações,” explica o estudante de doutoramento Enrico Garaldi. “Mas ao observarmos repetidamente as mesmas estrelas, melhoramos todas as vezes as medições. Mais cedo ou mais tarde, será possível determinar se as galáxias anãs se comportam como estando num universo com matéria escura – ou não.”

O “cimento” que mantém as galáxias juntas

Esta questão é uma das mais prementes da cosmologia atual. A existência de matéria escura já foi sugerida há mais de 80 anos pelo astrónomo suíço Fritz Zwicky. Ele percebeu que as galáxias se movem tão depressa dentro dos aglomerados galácticos que estes deviam separar-se. Ele, portanto, postulou a presença de matéria invisível que, devido à sua massa, exerce gravidade suficiente para manter as galáxias nas suas órbitas observadas. Na década de 1970, a sua colega norte-americana Vera Rubin descobriu um fenómeno semelhante em galáxias espirais como a Via Láctea: giram tão depressa que a sua força centrífuga deveria separá-las caso apenas a matéria visível estivesse presente.

Hoje, a maioria dos físicos está convencida de que a matéria escura representa cerca de 80% da massa do Universo. Como não interage com a luz, é invisível aos telescópios. No entanto, supondo que a sua existência fornece um excelente ajuste para várias outras observações – como a distribuição da radiação de fundo, um brilho remanescente de Big Bang. A matéria escura também fornece uma boa explicação para o arranjo e taxa de formação galáctica no Universo. Pese embora, apesar de numerosos esforços experimentais, não temos evidências directas da existência da matéria escura. Isto levou os astrónomos à hipótese de que a força gravitacional propriamente dita pode comportar-se de maneira diferente do que se pensava anteriormente. De acordo com a chamada teoria MOND (MOdified Newtonian Dynamics), a atracção entre duas massas obedece às leis de Newton apenas até certo ponto. Em acelerações muito pequenas, como as que prevalecem nas galáxias, a gravidade torna-se consideravelmente mais forte. Portanto, as galáxias não se desfazem devido à sua velocidade de rotação e a teoria MOND pode dispensar esta misteriosa lacuna observacional.

O novo estudo abre a possibilidade de os astrónomos testarem estas duas hipóteses num regime sem precedentes.

Astronomia On-line
29 de Junho de 2018

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628: Matéria escura pode ter carga eléctrica

ESO

A matéria escura, o material que (supostamente) compõe cerca de um quarto do Universo, pode ter uma pequena carga eléctrica.

Até ao momento, sabemos que existe matéria escura apenas por causa da gravidade, já que esse tipo de matéria é responsável por puxar estrelas e galáxias.

No entanto, os astrofísicos Julian Muñoz e Abraham Loeb, da Universidade de Harvard, nos Estados Unidos, defendem que uma pequena fracção de partículas de matéria escura pode ter uma pequena carga eléctrica. Isso significa que a matéria escura poderia ser capaz de interagir com a matéria normal através da força electromagnética.

Caso esta teoria se confirme, não é apenas um grande avanço no entendimento da matéria escura, como também uma explicação para um mistério mais recente que tem confundido os cientistas.

Em Fevereiro, os astrónomos detectaram, pela primeira vez, um indescritível sinal de gás hidrogénio no alvorecer do Universo, período cerca de 180 milhões de anos após o Big Bang, quando as primeiras estrelas começaram a brilhar.

Actualmente, o gás hidrogénio que flutua entre as estrelas está muito frio, mais frio do que o fundo de micro-ondas cósmico, a radiação remanescente do Big Bang que banha o Universo. Por ser tão frio, o gás hidrogénio absorve a radiação, nomeadamente a radiação com um comprimento de onda de 21 centímetros.

Ao medir a absorção da radiação pelo hidrogénio, os astrónomos conseguem entender melhor a aurora cósmica, uma era relativamente desconhecida da história do Universo. Através de uma antena de rádio – a Experiment to Detect the Global Epoch of Reionization Signature (EDGES) – uma equipa de astrónomos conseguiu detectar essa absorção pela primeira vez.

Além desta “descoberta incrível”, nas palavras de Muñoz, os astrónomos descobriram também que foram absorvidos pelo hidrogénio o dobro dos fotões. Para o gás absorver tanta radiação, teria que ser ainda mais frio do que os cientistas pensavam.

Os cientistas propuseram que a matéria escura poderia ser a culpada do misterioso arrefecimento. No artigo científico, publicado no dia 30 de maio na Nature, os cientistas explicam que se menos de 1% de matéria escura tivesse cerca de um milionésimo da carga eléctrica de um electrão, essa mesma matéria poderia explicar o calor do hidrogénio.

Neste caso, gelo é matéria escura“, disse Julian Muñoz.

Mas esta não é a única explicação. Num outro estudo, publicado no dia 1 de Março, também na Nature, Rennan Barkana, da Universidade de Tel Aviv, em Israel, propôs que uma forma mais geral de matéria escura, que não tem necessariamente uma carga, poderia arrefecer a matéria normal e explicar, assim, os dados da EDGES. .

Ambas as propostas fazem previsões semelhantes, disse Barkana. “Este é o momento para adoptar uma espécie de optimismo cauteloso e manter a mente aberta, tanto no que diz respeito à observação, como também à interpretação”.

ZAP // LiveScience

Por ZAP
8 Junho, 2018

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Galáxia “fantasma” intriga os cientistas: falta qualquer coisa à NGC1052-DF2

Uma imagem do telescópio Hubble | NASA/ESA/P. VAN DOKKUM

Cientistas encontraram uma galáxia que parece não ter matéria negra

Uma equipa de astrónomos descobriu uma galáxia que considera ser invulgarmente transparente. O aspecto “fantasma” da NGC1052-DF2, que tem mais ou menos o tamanho da nossa Via Láctea, intriga os cientista por que esta não parece conter matéria negra

A matéria negra e a energia negra (ou escura) são dois conceitos fundamentais para a compreensão do universo, segundo o conhecimento actual da astrofísica. É neles, nesta matéria e energia invisíveis, que se procura a explicação para muitos dos enigmas da expansão do universo.

Portanto, uma galáxia sem matéria negra é uma revolução, como dizem os cientistas num artigo publicado esta quinta-feira na revista Nature. A descoberta obriga a repensar muito do que se sabe sobre a forma como as galáxias funcionam.

Os astrónomos usaram o telescópio espacial Hubble para determinar o tamanho e brilho da NGC 1052-DF2, a 65 milhões de anos-luz da Terra. Ligeiramente maior que a Via Láctea, tem 250 vezes menos estrelas, o que levou a que fosse classificada como ultra-difusa.

“Passei horas a olhar para esta imagem. Esta coisa é extraordinária: uma bolha gigantesca tão esparsa que é possível ver outras galáxias através dela. É literalmente uma galáxia transparente”, diz o autor principal do estudo, Pieter van Dokkum da Universidade de Yale, citado na página do Hubble.

Mais surpreendidos ficaram quanto tentaram calcular a massa da galáxia e chegaram à conclusão que o total é igual à massa das estrelas visíveis, ou seja, que a NGC 1052-DF2 é a única até agora sem matéria negra – tem “400 vezes menos matéria negra do que seria esperado para uma galáxia do seu tamanho e possivelmente mesmo nenhuma”.

“A matéria negra é convencionalmente entendida como parte fundamental das galáxias – a cola que as mantém juntas e a base sobre as quais são formadas”, explica Allison Merritt, também da Universidade de Yale e do Instituto Max Planck da Alemanha.

Embora de forma contra-intuitiva, a existência de uma galáxia sem matéria negra nega teorias que tentam explicar o Universo sem a matéria negra. Isto porque a descoberta da NGC 1052-DF2 mostra que a matéria negra é de alguma forma separável das galáxias.

Os investigadores já têm algumas ideias sobre como explicar a falta de matéria negra na NGC 1052-DF2. Será que um evento cataclísmico, como o nascimento de muitas estrelas gigantes, fez desaparecer todo o gás e a matéria negra desta galáxia? Ou foi o crescimento da enorme galáxia vizinha NGC 1052?

Para encontrar uma explicação, a equipa já está à procura de mais galáxias sem matéria negra, analisando as imagens do Hubble de 23 galáxias ultra-difusas – três das quais parecem ser similares à NGC 1052-DF2.

DN
29 DE MARÇO DE 2018 09:32

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203: Um novo “twist” na história da matéria escura

NASA/CXO/Fabian et al.
Composição do enxame galáctico de Perseu usando dados do Observatório de raios-X Chandra da NASA, o XMM-Newton da ESA e Hitomi, um telescópio de raios-X japonês

Uma interpretação inovadora de dados de raios-X de um aglomerado de galáxias pode ajudar os cientistas a realizar uma missão com décadas: determinar a natureza da matéria escura.

A descoberta envolve uma nova explicação para um conjunto de resultados obtidos com o Observatório de raios-X Chandra da NASA, com o XMM-Newton da ESA e com o Hitomi, um telescópio de raios-X japonês. Se confirmada com observações futuras, poderá representar um grande passo em frente na compreensão da natureza da substância misteriosa e invisível que constitui cerca de 85% da matéria no Universo.

“Espera-se que este resultado seja ou extremamente importante ou um fracasso total”, comenta Joseph Conlon da Universidade de Oxford, líder do novo estudo. “Acho que não há um ponto intermédio quando procuramos respostas para uma das maiores questões da Ciência”.

A história deste trabalho começou em 2014 quando uma equipa de astrónomos liderada por Esra Bulbul (Centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica em Cambridge, no estado norte-americano de Massachusetts) encontrou um pico de intensidade numa energia muito específica em observações de gás quente no enxame galáctico de Perseu com o Chandra e com o XMM-Newton.

Este pico, ou linha de emissão, encontra-se a uma energia de 3,5 quilo electrões-volt (keV). A intensidade da linha de emissão de 3,5 keV é muito difícil, se não impossível, de explicar em termos de características previamente observadas ou previstas de objectos astronómicos e, portanto, foi sugerida uma origem relacionada com a matéria escura. Bulbul e colegas também anunciaram a existência da linha de 3,5 keV num estudo de outros 73 aglomerados de galáxias usando o XMM-Newton.

O enredo desta história da matéria escura ficou mais complexo quando apenas uma semana após a equipa de Bulbul ter submetido o seu trabalho, um grupo diferente, liderado por Alexey Boyarksy da Universidade de Leiden, Holanda, relatou evidências de uma linha de emissão a 3,5 keV nas observações da galáxia M31 e dos arredores do enxame de Perseu com o XMM-Newton, confirmando o resultado de Bulbul et al.

No entanto, estes dois resultados eram controversos, pois outros astrónomos detectaram a mesma linha de 3,5 keV ao observar outros objectos, e outros não a conseguiram detectar.

O debate parecia estar resolvido em 2016 quando o Hitomi, especialmente construído para observar características detalhadas, como a emissão nos espectros de raios-X de fontes cósmicas, não conseguiu detectar a linha de 3,5 keV no enxame de Perseu.

“Poder-se-á pensar que quando o Hitomi não viu a linha de 3,5 keV, desistimos de seguir esta investigação”. afirma a co-autora Francesca Day, também de Oxford. “Pelo contrário, é aqui que, como em qualquer outra boa história, ocorre um interessante ‘plot twist’.”

Conlon e os colegas notaram que o telescópio Hitomi tinha imagens muito mais desfocadas do que o Chandra, de modo que os seus dados do enxame de Perseu são na realidade uma mistura de sinais de raios-X de duas fontes: um componente difuso de gás quente que envolve a grande galáxia no centro do enxame e uma emissão de raios-X de perto do buraco negro super-massivo nessa galáxia.

A visão mais nítida do Chandra pode separar a contribuição das duas regiões. Debruçando-se nisso, Bulbul et al. isolaram o sinal de raios-X do gás quente removendo fontes pontuais da sua análise, incluindo raios-X do material perto do buraco negro super-massivo.

A fim de testar se essa diferença era importante, a equipa de Oxford analisou novamente os dados do Chandra próximos do buraco negro no centro do enxame de Perseu recolhidos em 2009.

Encontraram algo surpreendente: evidências de um deficit em vez de um excesso de raios-X a 3,5 keV. Isto sugere que algo em Perseu está a absorver raios-X nesta energia exacta. Quando os investigadores simularam o espectro do Hitomi adicionando esta linha de absorção à linha de emissão do gás quente vista com o Chandra e com o XMM-Newton, não encontraram evidências no espectro somado para a absorção ou para a emissão de raios-X a 3,5 keV, consistente com as observações do Hitomi.

O desafio é explicar este comportamento: detectar absorção de raios-X quando se observa o buraco negro e emissão de raios-X, à mesma energia, quando observando o gás quente a ângulos maiores longe do buraco negro.

De facto, tal comportamento é bem conhecido para os astrónomos que estudam estrelas e nuvens de gás com telescópios ópticos. A luz de uma estrela rodeada por uma nuvem de gás geralmente mostra linhas de absorção produzidas quando a luz estelar de uma energia específica é absorvida pelos átomos na nuvem de gás.

A absorção empurra os átomos de um estado baixo de energia para um estado de alta energia. O átomo rapidamente volta ao estado de baixa energia com a emissão de luz de uma energia específica, mas a luz é re-emitida em todas as direcções, produzindo uma perda líquida de luz na energia específica – uma linha de absorção – no espectro observado da estrela. Em contraste, uma observação de uma nuvem na direcção oposta à da estrela apenas detectaria a luz re-emitida numa energia específica, que apareceria como uma linha de emissão.

A equipa de Oxford sugere, no seu artigo científico, que as partículas de matéria escura podem ser como átomos, tendo dois estados de energia separados por 3,5 keV. Se assim for, pode ser possível detectar uma linha de absorção a 3,5 keV quando observando a ângulos próximos da direcção do buraco negro, e a linha de emissão quando observando o gás quente do enxame em grandes ângulos, longe do buraco negro.

“Esta não é uma imagem simples de pintar, mas é possível que tenhamos encontrado uma maneira de explicar os invulgares sinais de raios-X provenientes de Perseu e desvendar pistas sobre a natureza da matéria escura”, acrescenta o co-autor Nicholas Jenning, também de Oxford.

Para escrever o próximo capítulo desta história, os astrónomos vão precisar de mais observações do enxame de Perseu e de outros como este.

Por exemplo, são necessários mais dados para confirmar a realidade do mergulho energético e para excluir uma possibilidade mais mundana, a saber, que temos uma combinação de um efeito instrumental inesperado e uma queda estatisticamente improvável em raios-X a uma energia de 3,5 keV. O Chandra, o XMM-Newton e as futuras missões de raios-X vão continuar a observar enxames galácticos para abordar o mistério da matéria escura.

O artigo que descreve estes resultados foi publicado na edição de 19 de Dezembro da revista Physical Review D e também está disponível online.

ZAP // CCVAlg

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152: Cientistas chineses confirmam avanços no estudo da matéria escura

Colaboração KiDS/H. Hildebrandt & B. Giblin/ESO

Um satélite chinês detectou “sinais inesperados e misteriosos” na sua medição de raios cósmicos de alta energia, algo que, segundo os cientistas do país, poderá levar a novos conhecimentos sobre a matéria escura, informou a agência Xinhua.

Assim, o Explorador de Partículas de Matéria Escura da China (DAMPE) mediu mais de 3,5 biliões de partículas de raios cósmicos com a energia mais alta até 100 tera-electrão-volts (TeV) e com uma resolução de energia sem precedentes.

“O DAMPE abriu uma nova janela para observar o universo de alta energia, descobrindo novos fenómenos físicos além do nosso entendimento actual”, disse o cientista chefe do projecto, Chang Jin.

Segundo explicou, esta é a primeira vez que uma experiência espacial informa sobre o espectro detalhado e preciso de electrões e positrões de até aproximadamente 5 TeV.

“Encontraram-se as 61 partículas elementares preditas pelo modelo padrão de física de partículas. As partículas de matéria escura estão além da lista. Portanto, se encontramos uma nova partícula elementar, será um grande avanço para a física”, acrescentou.

A medição precisa dos raios cósmicos é importante para que os cientistas procurem rastos de aniquilação ou decomposição da matéria escura, bem como para compreender fenómenos astrofísicos como pulsares, núcleos activos de galáxias e super-estrelas novas.

“Os nossos dados podem inspirar algumas ideias novas em física de partículas e astrofísica”, disse Chang.

A matéria escura, que não se pode ver ou tocar, é um dos grandes mistérios da ciência. Os cientistas calculam que a matéria normal, como galáxias, estrelas, árvores, rochas e átomos, representa apenas 5% do universo.

Ao redor de 26,8% do universo é matéria escura e 68,3% é energia escura, pelo que tudo o que se sabe hoje em dia é uma pequena fracção da realidade.

A exploração da matéria escura é revolucionária para a física e a ciência espacial e qualquer descoberta nesta área poderia ser tão significativa como a teoria heliocêntrica, a lei da gravidade, a teoria da relatividade e a mecânica quântica.

O DAMPE foi enviado a uma órbita de uns 500 quilómetros sobre a terra a 17 de Dezembro de 2015 e é parte do programa de satélites científicos desenvolvidos pela China, de forma paralela ao plano de exploração da lua e aos de envio de missões tripuladas, que incluem o estabelecimento de uma estação orbital permanente.

ZAP // EFE

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