Um astrofísico da Universidade do Colorado em Boulder está pesquisando a luz que vem de um lugar distante, e objeto celeste extremamente poderoso, para o que pode ser a substância mais evasiva do universo:matéria escura.

Em dois estudos recentes, Jeremy Darling, um professor do Departamento de Ciências Astrofísicas e Planetárias, analisou profundamente o PSR J1745-2900. Este corpo é um magnetar, ou um tipo de estrela em colapso que gera um campo magnético incrivelmente forte.

"É o melhor detector natural de matéria escura que conhecemos, "disse querida, também do Centro de Astrofísica e Astronomia Espacial (CASA) em CU Boulder.

Ele explicou que a matéria escura é uma espécie de cola cósmica - uma partícula ainda não identificada que constitui cerca de 27% da massa do universo e ajuda a unir galáxias como a nossa Via Láctea. A data, a maioria dos cientistas liderou a busca por essa matéria invisível usando equipamentos de laboratório.

Darling adotou uma abordagem diferente em sua pesquisa mais recente:com base em dados de telescópio, ele está observando o PSR J1745-2900 para ver se consegue detectar os sinais fracos de um candidato a matéria escura - uma partícula chamada axion - transformando-se em luz. Até aqui, a pesquisa do cientista não deu em nada. Mas seus resultados podem ajudar os físicos que trabalham em laboratórios ao redor do mundo a restringir suas próprias caças ao áxion.

Os novos estudos também são um lembrete de que os pesquisadores ainda podem olhar para o céu para resolver algumas das questões mais difíceis da ciência, Querida disse. Ele publicou sua primeira rodada de resultados este mês no Astrophysical Journal Letters e Cartas de revisão física .

"Na astrofísica, encontramos todos esses problemas interessantes, como matéria escura e energia escura, então recuamos e deixamos os físicos resolvê-los, "disse ele." É uma pena.

Experimento natural

Darling quer mudar isso - neste caso, com uma pequena ajuda do PSR J1745-2900.

Este magnetar orbita o buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea a uma distância de menos de um ano-luz de distância. E é uma força da natureza:o PSR J1745-2900 gera um campo magnético que é cerca de um bilhão de vezes mais poderoso do que o ímã mais poderoso da Terra.

"Os magnetares têm todo o campo magnético de uma estrela, mas foi esmagado em uma área de cerca de 20 quilômetros de largura, "Querida disse.

E é onde Darling foi pescar matéria escura.

Ele explicou que os cientistas ainda não localizaram um único axion, uma partícula teórica proposta pela primeira vez na década de 1970. Físicos, Contudo, preveem que esses fragmentos efêmeros de matéria podem ter sido criados em números monumentais durante o início da vida do universo - e em quantidades grandes o suficiente para explicar a massa extra do cosmos proveniente da matéria escura. De acordo com a teoria, axions são bilhões ou mesmo trilhões de vezes mais leves do que os elétrons e raramente interagiriam com seus arredores.

Isso os torna quase impossíveis de observar, com uma grande exceção:se um axião passa por um forte campo magnético, pode se transformar em luz que os pesquisadores podem, teoricamente, detectar.

Cientistas, incluindo uma equipe da JILA no campus CU Boulder, usaram campos magnéticos gerados em laboratório para tentar capturar essa transição em ação. Darling e outros cientistas tiveram uma ideia diferente:por que não tentar a mesma pesquisa, mas em uma escala muito maior?

"Os magnetares são os objetos mais magnéticos que conhecemos no universo, "ele disse." Não há como podermos chegar perto dessa força no laboratório. "

Estreitando em

Para fazer uso desse campo magnético natural, Darling baseou-se nas observações do PSR J1745-2900 feitas por Karl G. Jansky Very Large Array, um observatório no Novo México. Se o magnetar fosse, na verdade, transformando axions em luz, essa metamorfose pode aparecer na radiação que emerge da estrela em colapso.

O esforço é um pouco como procurar uma única agulha em uma muito grande palheiro. Darling disse que, embora os teóricos tenham colocado limites sobre o quão pesados ​​os machados podem ser, essas partículas ainda podem ter uma ampla gama de massas possíveis. Cada uma dessas massas, por sua vez, produziria luz com um comprimento de onda específico, quase como uma impressão digital deixada para trás pela matéria escura.

Darling ainda não detectou nenhum desses comprimentos de onda distintos na luz que vem do magnetar. Mas ele foi capaz de usar as observações para sondar a possível existência de axions na mais ampla gama de massas até então - nada mal para sua primeira tentativa. Ele acrescentou que essas pesquisas podem complementar o trabalho que está acontecendo em experimentos baseados na Terra.

Konrad Lehnert concordou. Ele é parte de um experimento liderado pela Universidade de Yale - chamado, não surpreendentemente, HAYSTAC - que busca axions usando campos magnéticos criados em laboratórios em todo o país.

Lehnert explicou que estudos astrofísicos como o de Darling poderiam atuar como uma espécie de batedor na busca por axions - identificando sinais interessantes à luz de magnetares, que os pesquisadores de laboratório poderiam então explorar com uma precisão muito maior.

"Esses experimentos bem controlados seriam capazes de separar quais dos sinais astrofísicos podem ter origem na matéria escura, "disse Lehnert, um colega da JILA, um instituto de pesquisa conjunto entre CU Boulder e o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST).

Querido planeja continuar sua própria busca, o que significa olhar ainda mais de perto o magnetar no centro de nossa galáxia:"Precisamos preencher essas lacunas e ir ainda mais fundo."