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Matéria visível de aglomerados de galáxias concentra emissões mais potentes de raios gama
Aemissão difusa de raios gama (DRGB) é uma radiação de altíssimas energias, com diversas fontes, que permeia todo o Universo e fornece informações importantes sobre a origem e estrutura dele aos cientistas.
Un dos aglomerados de galáxias onde os pesquisadores monstraram a trajetoria de raios cósmicos propagando no aglomerado. Foto: Hussain, Alves Batista, de Gouveia Dal Pino e Dolag
No Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG) da USP, uma pesquisa sugere, baseada em simulações matemáticas e dados de medição da radiação, que as emissões mais potentes estão concentradas na matéria visível dos aglomerados de galáxias.
Os resultados do trabalho irão contribuir para os estudos sobre a matéria escura, que ainda é de natureza desconhecida, mas tem sua existência inferida indiretamente por seus efeitos gravitacionais na matéria visível.
“Ainda se especula que a DRGB pode ter origem em populações de fontes individuais, como galáxias ativas ou de starburst, isto é, com surtos de formação estelar”, afirma a professora Elisabete de Gouveia Dal Pino, que orientou a tese de doutorado de Saqib Hussain, no IAG, ponto de partida para a elaboração do artigo publicado na revista Nature Communications.
“Essa radiação não tem efeito direto sobre a superfície da Terra, mas fornece informações sobre fontes astrofísicas.”
A pesquisa determinou a contribuição dos aglomerados de galáxias para a radiação DRGB proveniente de sua matéria visível, quer dizer, do gás e de seu interior.
A professora do IAG enumera os métodos aplicados para obter os resultados: “Usamos simulações magneto-hidrodinâmicas, que são ferramentas para descrever o comportamento macroscópico de fluidos magnetizados, tridimensionais cosmológicas de aglomerados de galáxias, combinadas com simulações numéricas Monte Carlo, um método para estimar soluções mais prováveis de um evento com múltiplas possibilidades, para reproduzir a propagação de raios cósmicos com altas energias e obter suas perdas por emissão, ou seja, por cascateamento em fótons e partículas secundárias.”
“Nossos resultados são diretamente comparados com as observações existentes da radiação em raios gama obtidas pelo telescópio espacial Fermi. Usamos também limites superiores de outros instrumentos sensíveis à emissão de raios gama, como o observatório High Altitude Water Cherenkov (HAWC), instalado no México, e o Chicago Air Shower Array (Casamia), nos Estados Unidos”, relata Elisabete Dal Pino.
“Além disso, também comparamos com as curvas de sensibilidade previstas para instrumentos futuros como o Cherenkov Telescope Array (CTA), colaboração na qual nosso grupo está diretamente envolvido através de projeto temático da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp). Verificamos que os aglomerados de galáxias parecem explicar 100% das emissões mais potentes, acima de 100 Gigaelétrons-volts (GeV).”
De acordo com a professora do IAG, a emissão difusa de raios gama é fundamental para os estudos cosmológicos sobre a origem da matéria escura do Universo.
“Sabemos que ela só interage com a matéria visível através da força gravitacional, no entanto, partículas de matéria escura do tipo WIMPs (partículas massivas de interação fraca, na sigla em inglês) interagem entre si, e sua colisão e aniquilação resultam na produção de raios gama”, destaca.
“Com os telescópios de raios gama, e em particular com o CTA, que será o maior e mais sensível jamais construído, poderemos investigar também a matéria escura através do sinal que ela pode produzir. Daí, separar a emissão da matéria visível no DGRB é fundamental. Isso é o que fizemos neste trabalho, determinar a contribuição vinda dos aglomerados de galáxias.” (Júlio Bernardes/Jornal da USP)
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