A Agência Espacial Européia está trabalhando em uma nova missão para rastrear a matéria escura e descobrir do que ela é feita.

A Agência Espacial Européia (ESA) anunciou recentemente uma nova missão de seu programa científico: um pequeno telescópio orbitando a Terra chamado Arrakhis. Mas, embora seu nome seja inspirado no romance de ficção científica Duna, ele não estará procurando por vermes da areia ou “especiarias” em um planeta deserto.

Em vez disso, este ágil satélite irá perfurar muito acima de seu peso e tentar rastrear uma das substâncias mais elusivas e misteriosas do universo: a matéria escura. Este é o termo dado à hipotética matéria invisível que se acredita ser mais abundante que a matéria normal e tem um efeito gravitacional semelhante em seus arredores.

A missão é classificada como rápida (F), o que significa que é menor, mais focada e tem um retorno mais rápido (menos de dez anos para o lançamento) do que outros tipos de missões Esa. A missão F anterior da agência, selecionada em 2019, é chamada de Comet Interceptor. Já estacionada em um ponto estável do Sistema Solar, esta sonda está esperando que um cometa apareça e voe por ela, algo que deve acontecer na época em que Arrakhis for lançado no início da década de 2030.

Siga a luz

Como a matéria escura ainda escapa à detecção, a missão terá como alvo fontes de luz sensíveis a ela. Esperamos que a matéria normal – o material que realmente emite luz, como as estrelas nas galáxias – se mova principalmente sob a influência da matéria escura, que é mais abundante.

Acreditamos que galáxias inteiras são movidas para lá e para cá pela matéria escura subjacente, como faróis espalhados por um oceano invisível. Sua navegação é acidentada, pois acredita-se que a matéria escura seja distribuída de maneira desigual pelo universo, formando uma “teia cósmica” em vastas distâncias e tendo uma aparência mais irregular nas escalas das galáxias. Alguns desses aglomerados devem ser preenchidos com pequenas galáxias chamadas galáxias anãs, enquanto outros seriam compostos inteiramente de matéria escura.

Também há restos dessas galáxias anãs que se aventuram muito perto das galáxias hospedeiras que orbitam. À medida que a matéria escura circundante separa essas galáxias por meio de marés gravitacionais, elas começam a se desfazer em longos fluxos de estrelas que envolvem vastas faixas de espaço. Esses finos véus de luz são outra conexão com o invisível. Ao contar e medir suas formas, podemos inferir de que tipo de partícula a matéria escura é feita – e, finalmente, qual modelo cosmológico é o mais preciso.

A aglomeração no espaço é uma previsão robusta de nossos modelos cosmológicos, pois simplesmente representa o resultado da ação da gravidade sobre a matéria. No entanto, nossos modelos fornecem previsões conflitantes sobre o número desses aglomerados, que podem ser maiores ou menores, dependendo do tipo de partícula ou partículas de que supomos que a matéria escura seja composta.

No modelo “padrão” da cosmologia, supõe-se que as partículas de matéria escura sejam “frias”, o que significa que são pesadas e se movem lentamente (um exemplo seria “partículas massivas de interação fraca”, ou Wimps). Isso implica que nossa Via Láctea conterá centenas de aglomerados de matéria escura, alguns dos quais conterão galáxias anãs. Mas o problema é que vemos apenas algumas dezenas de galáxias anãs ao nosso redor, o que é muito intrigante. Isso pode significar que a maioria desses aglomerados é feita de matéria escura.

Os cosmólogos têm outras ideias viáveis. Por exemplo, se a matéria escura for “quente” – o que significa que as partículas são muito mais leves e rápidas, como neutrinos estéreis – haveria muito menos aglomerados para começar. As observações podem nos dar a pista final sobre qual modelo está certo, mas para chegar lá, primeiro precisamos de um censo preciso das galáxias anãs que orbitam a Via Láctea.

A ponta do iceberg

Existem fortes indícios de que as galáxias anãs descobertas até agora perto da Via Láctea ou outras grandes galáxias são apenas a ponta do iceberg e que muitas outras permanecem escondidas atrás da luz de seus hospedeiros. Arrakhis poderá descobrir essa população desaparecida mesmo a grandes distâncias de nós.

Observar esta tênue luz estelar provou ser um desafio até mesmo para os maiores telescópios da Terra, uma vez que requer imagens muito profundas e levantamento de grandes porções do céu. Além disso, a atmosfera da Terra é um obstáculo. Arrakhis observará do espaço, com uma câmera inovadora que investiga mais profundamente a parte óptica e infravermelha do espectro e com um campo de visão muito mais amplo. (Aliás, esse tipo de câmera também pode olhar para a Terra com excelente resolução.)

Os cerca de cem sistemas semelhantes à Via Láctea que serão observados estão a cerca de 100 milhões de anos-luz de distância, onde apenas algumas galáxias anãs foram descobertas até agora e nenhum fluxo estelar ainda. Quando soubermos o número de galáxias anãs a serem descobertas em breve e como elas serão vistas distribuídas no espaço, poderemos definir o modelo cosmológico correto.

Arrakhis encontrará muitas das peças que faltam no quebra-cabeça que a matéria escura fornece, complementando o que já sabemos do universo próximo e o que aprenderemos no futuro com outros telescópios futuros, como o Euclid ou o Observatório Vera Rubin.

A esperança é que essas observações detalhadas e combinadas finalmente revelem o mistério da matéria escura e nos ajudem a entender o que compõe a maior parte da matéria no cosmos.

Andrea FonteLeitor em Astrofísica Teórica, Universidade Liverpool John Moores

Este artigo é republicado de A conversa sob uma licença Creative Commons.

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