Caçando A Matéria Escura no Interior da Terra

A matéria escura é um componente hipotético do nosso universo, usada para explicar muitos comportamentos estranhos das estrelas e das galáxias.

Apesar de quase todas as evidências indicarem que a matéria escura realmente existe, nós não sabemos do que ela é feita. Detectores espalhados em todo o mundo têm operado por décadas, tentando registrar um traço mesmo que apagado de uma partícula da matéria escura passando por ele, mas ainda nada. Um novo estudo publicado recentemente, tem uma sugestão, vamos ter que escavar bem fundo.

Nós sabemos que a matéria escura existe, através de uma grande variedade de observações astronômicas. Estrelas estão orbitando o centro de suas galáxias muito rápido. AS galáxias estão zunindo dentro de seus aglomerados muito rápido também. E as estruturas massivas do universo estão aparecendo muito cedo.

Há muito mais no cosmos do que os nosso olhos podem ver, existe algum tipo de forma de matéria que é inteiramente invisível para nós. O que quer que seja a matéria escura, ela é um tipo de partícula que não interagem com a luz, o que significa que ela não emite, absorve, reflete ou refrata a radiação eletromagnética. Isso significa que nós não podemos ver. E por isso é chamada de escura.

A única maneira de se saber que a matéria escura existe é através da gravidade. Apesar da sua invisibilidade superpoderosa, a matéria escura tem massa, o que significa que ela pode puxar e moldar os maiores objetos do universo, revelando a sua presença através do movimento das estrelas e das galáxias mais luminosas.

Na outra ponta da escala, os físicos de partículas têm procurado novas partículas como consequência para novas teorias da física, e algumas delas se ajustam ao que seria a matéria escura. A mais promissora candidata é uma partícula conhecida como WIMP, Weakly Interacting Massive Particle.

A parte que diz interação fraca, não apenas significa que a partícula é fraca, significa que a matéria escura não interagem com a matéria normal através da força nuclear fraca. MAs como o nome sugere, a força nuclear fraca, não é a mais forte, e ela atua numa distância bem curta, fazendo dessas interações, algo bem raro.

Mas raro, não quer dizer nunca. Acredita-se que bilhões, ou até mesmo trilhões de partículas da matéria escura estão passando por você agora. Mas como a matéria escura é difícil de ser notada na matéria normal, e vice-e-versa, você simplesmente não sente. Você precisa então ir para as grandes escalas antes de começar a ver os seus efeitos gravitacionais.

Ainda que raramente, e o quão raramente ainda não se sabe, uma partícula da matéria escura pode vagar e interagir com uma partícula da matéria normal através da força nuclear fraca. Isso envolve uma transferência de energia, ou seja, a partícula da matéria escura chuta a partícula normal, fazendo com que a partícula normal saia voando por aí, até que a gente possa detectá-la.

Mas como isso acontece muito raramente, e é algo tão fraco, a nossa tentativa de detecção se prova inútil. Nós precisamos de grandes detectores que tenham um volume gigantesco (como a interação é muito rara, ou você constrói um detector gigante, ou espera centenas de anos se tiver sorte). Além disso, nós temos que enterrar esses detectores, bem fundo, a cerca de 2 km abaixo da superfície.

Isso, porque existem muitas partículas subatômicas que podem interagir, outras partículas de alta energia como neutrinos e raios cósmicos, causam o mesmo efeito na matéria normal, e nós precisamos usar muita rocha para poder absorver essas partículas antes que elas atinjam o detector, garantindo que se um sinal for detectado, ele é mais provavelmente vindo da partícula da matéria escura.

E mesmo assim, depois de décadas construindo detectores cada vez maiores nós não encontramos nada.

Existe um limite para o tamanho que um detector de matéria escura pode ter, com base somente na engenharia e nos custos. Mas de acordo com um recente estudo, nós temos um detectar gigantesco que está coletando dados por milhões de anos.

E esse detector está bem embaixo dos nossos pés.

A própria crosta da Terra, serve como um massivo detector de matéria escura. Quando a partícula da matéria escura interagem com a matéria normal dentro da rocha, um próton ou nêutron pode ficar solto mudando a composição química da rocha na vizinhança de onde aconteceu o impacto. Isso pode potencialmente enviar partículas deixando para trás uma cicatriz microscópica.

Melhor que isso, perfurações profundas têm acesso a porções da crosta da Terra que são mais de duas vezes mais profunda do que a posição onde estão os nossos atuais detectores de matéria escura, fazendo com que os resultados sejam mais livres de raios cósmicos e de outras partículas. E como as rochas se mantêm como rocha por milhões de anos, ou até mesmo por centenas de milhões de anos, elas podem ter registrado interações da matéria escura por todo esse tempo, o que é um tempo muito maior do que poderíamos acessar com nossos detectores.

Então, é bem simples, faça uma perfuração bem profunda, numa rocha a mais pura possível, e procure com um microscópio por qualquer sinal de alguma violência subatômica.

Só tem um pequeno problema. As rochas da Terra contêm elementos radioativos, e o decaimento radioativo pode deixar nas rochas uma assinatura parecida com a da interação com a partícula da matéria escura. Para resolver isso, os pesquisadores sugerem perfurar a crosta oceânica, que é muito mais pura, do que a crosta continental. Com isso, os pesquisadores prevêem que nós podemos ter um super detector , já que 1 kg de rocha poderia ser mais sensível que os maiores e melhores detectores que nós já construímos até hoje.

Fonte:

https://www.space.com/hunting-dark-matter-inside-earth.html

Sérgio Sacani

Sérgio Sacani

Formado em geofísica pelo IAG da USP, mestre em engenharia do petróleo pela UNICAMP e doutor em geociências pela UNICAMP. Sérgio está à frente do Space Today, o maior canal de notícias sobre astronomia do Brasil.

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