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Matéria escura pode resolver grande mistério solar

A matéria escura pode ser um dos maiores mistérios do universo, mas poderia ajudar a resolver um quebra-cabeça sobre o sol que tem desconcertado cientistas por anos, dizem os pesquisadores.

O mistério tem a ver com a aparente discrepância na composição do sol, que experimenta ondas sonoras que vibram em torno de dentro dele e causam pequenas flutuações rítmicas em seu brilho. Ao estudar este cintilação, os cientistas podem entender melhor a sua composição e atividade interna. Este campo científico – conhecido como heliosismologia quando se refere ao estudo do sol, e astrosismologia quando se refere ao de estrelas – é semelhante à sismologia na Terra, que ajuda os geólogos a produzir insights sobre as entranhas deste planeta.

Os elementos do sol mais pesados que o hidrogênio e o hélio influenciam como as ondas sonoras viajam dentro da estrela. Isto significa que, em princípio, a heliosismologia pode medir a abundância de cada elemento com precisão extremamente alta, disse o autor do estudo Aaron Vincent, um físico da Universidade de Durham, na Inglaterra.

Outra forma como os cientistas podem medir a abundância de cada elemento em estrelas é olhando para a sua luz, uma vez que cada elemento dá uma impressão digital única ou espectro de luz. Uma década atrás, os cientistas descobriram que a luz do sol sugeria que ele tinha cerca de 20 a 25 por cento menos de carbono, nitrogênio e oxigênio do que os cientistas pensavam anteriormente – uma descoberta que contradizia o que a heliosismologia tinha sugerido. Os modelos existentes não podiam explicar esta discrepância – um mistério que os cientistas chamam de problema de abundância solar, disse Vincent.

“Apesar de uma década de esforço, este é um quebra-cabeça que ainda tem de ser resolvido”, disse Vincent. “Até agora, nenhuma tentativa de modificar os modelos solares foi capaz de explicar esta discrepância, fazendo com que os físicos de partículas procurem uma explicação mais exótica.”

Matéria escura

Agora, Vincent e seus colegas sugerem que este mistério solar pode ser resolvido pela matéria escura, que por si só é um dos maiores mistérios da ciência.

Acredita-se que matéria escura é uma substância invisível e que forma cerca de 5/6 de toda a matéria no universo. Os cientistas acreditam que a matéria escura é composta por um novo tipo de partícula – que interage muito fracamente, na melhor das hipóteses, com todas as forças conhecidas do universo e é principalmente detectável apenas através da força gravitacional que exerce. No entanto, muitas propriedades das partículas de matéria escura – como a sua massa – permanecem incertas.

Em 2011, Vincent estava investigando maneiras em que a matéria escura pode interagir com outras partículas, quando o co-autor Pat Scott, pesquisador do Imperial College London, apresentou-o para o problema da abundância solar.

Vincent pensou que a matéria escura “poderia ser uma solução interessante para o problema”.

Os cientistas executaram milhares de simulações, olhando para muitos modelos diferentes de como a matéria escura pode interagir com o sol. Eles descobriram uma possível explicação para o problema da abundância solar: Um modelo sugerido é que a matéria escura é assimétrica, ou seja, um tipo de partícula de matéria escura é mais abundante do que a sua antipartícula homóloga. A matéria normal já é assimétrica – por exemplo, há muito mais prótons que antiprótons no universo.

“Eu acho que o aspecto mais interessante deste trabalho é a potencial ligação entre dois quebra-cabeças”, disse Vincent. Por um lado, há o problema da abundância solar “, o que aponta para um ingrediente que faltava em nossa compreensão sobre o sol, e por outro lado, isso pode ser o primeiro indício sobre a natureza das partículas de matéria escura em si”, ele disse. “É emocionante pensar que nós estamos olhando para uma ligação entre essas áreas aparentemente desconectadas da física.”

O tipo específico de partícula de matéria escura assimétrica que Vincent e seus colegas examinaram tinha uma propriedade especial: Quanto maior a sua dinâmica, maior era a chance de interação com partículas normais. Esta constatação sugere que “as colisões que transferem mais energia são mais prováveis, e as colisões que transferem menos energia são reprimidas”, disse Vincent.

Os físicos sugeriram que estas partículas de matéria escura assimétricas podem absorver a energia na parte central mais quente do núcleo do sol. As partículas poderiam, então, viajar na parte mais fria do sol, onde poderiam depositar essa energia, e as mudanças no sol que isto provocaria poderiam explicar o problema da abundância solar, disseram os pesquisadores. Eles prevêem que essas partículas teriam uma massa de cerca de 3 bilhões de elétron volts, ou um pouco mais de três vezes a massa de um próton.

O modelo da matéria escura assimétrica difere daqueles que sugere que as partículas de matéria escura são as suas próprias antipartículas, e, assim, aniquilam-se quando fazem contato umas com as outras.

“Se a matéria escura se auto-aniquilar, ela desapareceria antes de transportar qualquer quantidade considerável de calor do núcleo do sol.”

Se essa matéria escura assimétrica realmente existe, “devemos estar à beira de vê-la muito em breve”, disse Vincent. Ele observou que ela pode ser vista através de experimentos de detecção de matéria escura, tais como o SuperCDMS, localizado no subsolo profundo da Mina Soudan, no norte de Minnesota, EUA, bem como durante a próxima execução do Grande Colisor de Hádrons, o acelerador de partículas mais poderoso do mundo. [Space]

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