⚛️ Matéria escura nas ondas gravitacionais ?
As ondas gravitacionais, previstas por Einstein, são ondulações do espaço-tempo. Elas viajam à velocidade da luz e surgem durante os eventos mais violentos do Universo, como quando dois buracos negros se fundem. Ao girar um em torno do outro e depois colidir, esses astros massivos liberam uma energia colossal que deforma o tecido cósmico.
Quando dois buracos negros colidem e se fundem, eles liberam ondas gravitacionais. Essas ondas são detectadas pelos observatórios LIGO-Virgo-KAGRA na Terra, permitindo que os cientistas determinem a massa e a rotação dos buracos negros.
Crédito: Maggie Chiang para a Simons Foundation
Para capturar essas vibrações ínfimas, os interferômetros LIGO e Virgo medem variações de distância com uma precisão inaudita – da ordem do bilionésimo da largura de um átomo. Cada fusão de buracos negros produz um sinal característico em forma de gorjeio (chirp), cuja forma depende das massas, da rotação e do ambiente dos astros.
Os cientistas analisam esse sinal para deduzir as propriedades dos objetos em fusão. Se o ambiente não estiver vazio, mas contiver matéria escura, a onda carregará uma impressão. Modelos recentes permitem distinguir os dois casos, oferecendo um instrumento para sondar a matéria escura à distância.
Invisível pois não emite nem absorve luz, a matéria escura só pode ser observada por sua atração gravitacional sobre o que é visível – por exemplo, durante a rotação das galáxias ou a deformação da luz.
Segundo uma teoria, a matéria escura poderia ser constituída de partículas ultraleves. Perto de um buraco negro em rotação, essas partículas se comportam como ondas. O buraco negro pode então transferir a elas parte de sua energia de rotação por meio de um mecanismo chamado superradiância, o que aumenta fortemente a densidade de matéria escura circundante.
Quando essa densidade atinge um limiar crítico, ela imprime uma assinatura nas ondas gravitacionais emitidas durante uma fusão. Os pesquisadores modelaram esse efeito e exploram os dados dos observatórios para detectá-lo. A superradiância constitui assim um mecanismo natural para concentrar a matéria escura ao redor dos buracos negros, tornando seu estudo possível.