A explosão espacial mais brilhante de todos os tempos pode ocultar uma partícula indescritível de matéria escura: WebCuriosos
Em outubro de 2022, os cientistas detectaram a morte explosiva de uma estrela a 2,4 mil milhões de anos-luz de distância, que era mais brilhante do que qualquer outra já registada.
À medida que o núcleo da estrela colapsava num buraco negro, a explosão de raios gama emitida pela estrela – um evento denominado GRB 221009A – irrompeu com energias de até 18 teraelétron-volts. As explosões de raios gama já são as explosões mais brilhantes que o nosso Universo pode produzir; mas GRB 221009A foi um recordista absoluto, ganhando o apelido de “o BARCO” – O Mais Brilhante de Todos os Tempos.
Há, no entanto, algo errado com o quadro, segundo uma equipe de astrofísicos liderada por Giorgio Galanti, do Instituto Nacional de Astrofísica (INAF) na Itália. Com base em modelos de ponta do Universo, não deveríamos ser capazes de ver fótons mais poderosos que 10 teraelétron-volts em dados do Large High Altitude Air Shower Observatory (LHASO) que fez a detecção.
A 2,4 bilhões de anos-luz de distância, fótons com energias superiores a 10 teraelétron-volts deveriam ser fortemente absorvidos pelas interações com outros fótons altamente poderosos na luz fraca entre as galáxias, a chamada luz de fundo extragaláctica.
E agora? Bem, toda a confusão desaparece se partículas semelhantes a áxions – um dos principais candidatos à misteriosa matéria escura que constitui a maior parte da massa do Universo, conforme previsto pela teoria das cordas – entrarem na mistura.
A análise recente foi apresentado na 58ª conferência Rencontres de Moriond em março de 2024, e agora está disponível no servidor de pré-impressão arXiv.
“Nós… mostramos que o problema é resolvido se introduzirmos a interação de fótons com partículas semelhantes a áxions (ALPs)” a equipe escreve em seu papel.
“Os ALPs são previstos pela Teoria das Cordas, estão entre os melhores candidatos à matéria escura e podem produzir efeitos espectrais e de polarização em fontes astrofísicas na presença de campos magnéticos externos.
“Em particular, para GRB 221009A, oscilações de partículas semelhantes a fótons-axions ocorrem dentro do meio magnetizado cruzado, ou seja, a galáxia hospedeira, o espaço extragaláctico, a Via Láctea, reduzindo parcialmente a absorção de luz de fundo extragaláctica a um nível que explica a detecção LHAASO do GRB 221009A e seu espectro observado.”
A matéria escura é uma das maiores questões que temos sobre o Universo. Depois de levarmos em conta toda a matéria normal – as estrelas, o gás, os buracos negros, as galáxias, as rochas, a poeira, qualquer coisa que possamos detectar diretamente – sobra muita gravidade. Seja o que for que esteja causando essa gravidade, há muito mais disso do que matéria normal. Até cerca 85 por cento da massa do Universo é matéria escura.
Não sabemos o que é a matéria escura, mas existem muitos candidatos possíveis. Axions é um candidato líder. Acredita-se que essas partículas hipotéticas se comportem um pouco como os neutrinos, no sentido de que não interagem muito com a matéria normal, o que as torna difíceis de detectar. No entanto, também se prevê que se comportem como a matéria escura, por isso os astrofísicos estão ansiosos por encontrar provas da sua existência.
Galanti e seus colegas já haviam encontrado evidências de partículas semelhantes a áxions em luz de blazares distantes – galáxias extremamente ativas que brilham com luz. Mas a explosão de raios gama mais brilhante já vista representou um novo laboratório para a busca de áxions.
De acordo com um modelo recente da luz de fundo extragaláctica, os fótons de raios gama de alta energia viajando por grandes distâncias deveriam interagir com a luz de fundo tão fortemente que ela seria incapaz de chegar até nós. De acordo com os cálculos dos pesquisadores, as interações entre fótons e áxions deveriam tornar o espaço intergaláctico mais transparente à luz de alta energia.
Portanto, o fato de o LHAASO ter detectado fótons em até 18 teraelétron-volts poderia constituir o primeira detecção indireta de áxionsdizem os pesquisadores.
A conclusão vai exigir muito mais trabalho antes de ser confirmada, principalmente porque algumas outras pesquisas não deram em nada. Mas temos outros lugares para procurar; em particular, as estrelas de nêutrons podem estar bombeando áxions a um ritmo furioso.
Ainda vamos acertar.
A pesquisa da equipe está disponível em arXiv.