Cientistas desenvolveram uma nova maneira de procurar pela elusiva matéria escura, que compõe 85% de toda a matéria no Universo, usando detectores destinados a observar ondas gravitacionais.
Os pesquisadores, que buscavam uma forma específica de matéria escura de massa ultrabaixa, alcançaram uma melhoria de 10.000 vezes em relação aos resultados anteriores líderes mundiais usando dados do Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser (LIGO) de 2019-2020.
A primeira análise desse tipo, liderada por cientistas da Universidade de Cardiff, teve como alvo mudanças sutis nos espelhos do instrumento feitas pela matéria escura e possíveis apenas devido à precisão inigualável do LIGO em detectar mudanças menores que o diâmetro de um núcleo atômico.
As suas descobertas, publicadas em Cartas de revisão físicaimpõe novos limites à força da matéria escura de massa ultrabaixa, o que, segundo a equipe, pode ser melhorado ainda mais com novos dados do detector.
O professor Hartmut Grote, da Escola de Física e Astronomia da Universidade de Cardiff e idealizador do estudo, disse: “O problema da matéria escura — observar massa não atribuída no Universo — é provavelmente o maior mistério não resolvido na física e na astronomia.
“Por mais de 50 anos, pesquisadores têm lutado para entender do que essa massa é feita, como ela foi criada e de onde veio.”
Os detectores de ondas gravitacionais consistem em tubos de vácuo em forma de L, com quilômetros de comprimento, através dos quais um feixe de laser é refletido para frente e para trás entre espelhos, colocados em extremidades opostas de cada braço.
Os cientistas procuram sinais de uma onda gravitacional entrando nos detectores observando uma pequena incompatibilidade no tempo que cada feixe de laser leva para completar sua jornada.
O autor principal, Dr. Alexandre Göttel, da Escola de Física e Astronomia da Universidade de Cardiff, disse: “Podemos pensar nas detecções do LIGO da mesma forma que na detecção de sons.”
Este “sussurro” se refere a uma nova interação entre a matéria escura e alguns dos espelhos no LIGO, identificados pela equipe de Cardiff.
Para extrair mais informações sobre o que exatamente o detector estava medindo, os pesquisadores desenvolveram simulações detalhadas dessas interações complexas e dependentes de frequência entre a matéria escura e os feixes de laser.
Um novo método de cálculo também foi criado para processar seus resultados em uma escala maior.
Dr. Göttel acrescentou: “Se a matéria escura fosse composta de partículas pesadas, como esperado originalmente, ela provavelmente já teria sido encontrada. Teorias ondulatórias da matéria escura demonstraram explicar todos os fenômenos observados e são um forte candidato alternativo.
“Nosso método permite a inclusão de significativamente mais dados em nossas análises, liberando todo o potencial dos futuros detectores de ondas gravitacionais e posicionando-os na vanguarda das buscas de matéria escura de massa ultrabaixa, agora e no futuro.
“Isso é ainda mais emocionante quando você considera que usamos dados relativamente “antigos” de 2019-2020, o que significa que nossos resultados melhorarão ainda mais com os dados mais novos registrados atualmente pelo LIGO.”
A equipe está atualmente trabalhando para incluir mais dados do LIGO em seus cálculos, o que eles acreditam que será capaz de superar ainda mais os limites atuais de matéria escura de massa ultrabaixa.
A Dra. Vivien Raymond, outra autora do artigo e também da Escola de Física e Astronomia da Universidade de Cardiff, disse: “É fascinante como os observatórios de ondas gravitacionais, que foram projetados para estudar eventos a bilhões de anos-luz de distância, fornecem medições tão precisas que poderíamos redirecionar seus dados para procurar o efeito da matéria escura nos próprios espelhos.”
O artigo, ‘Buscando matéria escura de campo escalar com LIGO’, foi publicado em Cartas de revisão física.
É uma escola amigável e acessível, com um forte compromisso com a excelência no ensino e com pesquisas de nível internacional em física e astronomia.
