Pesquisadores no Japão identificaram sinais que podem ajudar na busca por uma das maiores incógnitas da física moderna usando o próprio campo magnético do planeta
A Terra pode ter uma função inesperada na busca por uma das substâncias mais misteriosas do Universo. Um estudo desenvolvido por pesquisadores de universidades japonesas indica que o campo magnético do planeta pode ser aproveitado como um enorme detector natural de matéria escura.
A pesquisa foi realizada por cientistas das universidades de Quioto, Hiroshima e Nihon e publicada em junho na revista Progress of Theoretical and Experimental Physics. O trabalho propõe uma maneira de explorar fenômenos naturais da Terra para procurar evidências de partículas que, até hoje, não foram observadas diretamente.
A matéria escura é considerada um dos grandes desafios da astronomia e da física de partículas. Embora não possa ser vista por telescópios convencionais, seus efeitos gravitacionais indicam que ela está presente no Universo.
Um detector do tamanho do planeta
De acordo com os pesquisadores, uma característica da própria Terra pode ser utilizada para ampliar a capacidade de procurar essas partículas.
A cavidade formada pelo planeta funciona, segundo o estudo, como uma espécie de ressonador natural. Nesse ambiente, determinadas ondas eletromagnéticas podem ser amplificadas, criando condições favoráveis para a identificação de sinais extremamente fracos.
O mecanismo seria especialmente relevante para a procura de candidatos como áxions ultraleves e fótons escuros, duas partículas hipotéticas frequentemente consideradas em modelos relacionados à matéria escura.
Os pesquisadores afirmam que a abordagem permite investigar uma faixa de frequências que apresenta dificuldades para experimentos convencionais.
Sinais próximos de 8 Hz chamaram atenção
Uma das principais conclusões do trabalho está relacionada à faixa de frequência analisada.
Os modelos utilizados anteriormente apresentavam limitações para frequências superiores a 1 Hz. A nova análise indica que a cavidade natural da Terra pode produzir amplificação de sinais próximos de 8 Hz, além de permitir previsões consideradas confiáveis em frequências que chegam a aproximadamente 30 Hz.
Essa característica pode abrir uma nova possibilidade experimental para procurar partículas de matéria escura sem depender exclusivamente de equipamentos construídos em laboratórios.
Dados de uma década foram analisados
Para testar a hipótese, os cientistas utilizaram registros do campo geomagnético coletados durante dez anos, entre 2012 e 2022, no Observatório Eskdalemuir, mantido pelo Serviço Geológico Britânico.
Um dos desafios foi separar possíveis sinais naturais das interferências produzidas pela atividade humana. Entre os ruídos considerados estão aqueles associados a redes elétricas e outros equipamentos.
Depois de tratar os dados e eliminar interferências, os pesquisadores procuraram padrões que pudessem ser compatíveis com sinais produzidos pelas partículas investigadas.
Segundo o estudo, utilizar o planeta como um detector proporcionou uma sensibilidade aproximadamente 100 vezes superior à de experimentos laboratoriais realizados na Terra nessa faixa de áxions.
Mais de 800 sinais foram encontrados
A análise inicial identificou 821 candidatos que apresentavam características compatíveis com possíveis sinais relacionados à matéria escura.
Isso, porém, não significa que a pesquisa tenha detectado definitivamente a matéria escura.
Os pesquisadores aplicaram filtros adicionais para separar possíveis eventos relevantes de fenômenos que poderiam ter outras origens. Entre os critérios considerados estavam a estabilidade do sinal ao longo do período analisado e a frequência em que ele aparecia.
Depois dessa seleção, 25 candidatos considerados de alta significância permaneceram na análise.
Os dados relacionados aos chamados fótons escuros também apresentaram outros candidatos que, em princípio, poderiam ter origem na matéria escura.
Matéria escura ainda não foi observada diretamente
Apesar dos resultados chamarem atenção, a pesquisa não representa uma confirmação da existência de uma determinada partícula de matéria escura.
A matéria escura recebe esse nome porque não emite, reflete ou absorve luz de maneira que permita sua observação direta pelos métodos tradicionais. Sua existência é inferida principalmente a partir dos efeitos gravitacionais que exerce sobre galáxias e outras estruturas cósmicas.
Os cientistas estimam que ela corresponda a aproximadamente 27% do conteúdo do Universo, enquanto a matéria comum, formada por átomos e que compõe estrelas, planetas e seres vivos, representa apenas uma parcela menor.
O grande desafio é descobrir qual é a composição dessa matéria invisível.
Uma nova estratégia para a física
A utilização do campo geomagnético terrestre pode representar uma alternativa aos detectores convencionais, especialmente porque o planeta oferece uma estrutura natural de dimensões muito maiores que as instalações construídas em laboratório.
A ideia é transformar medições geomagnéticas já realizadas em uma ferramenta para investigar fenômenos que poderiam passar despercebidos em experimentos tradicionais.
Os 25 candidatos identificados na etapa final, portanto, precisam ser estudados com cautela e comparados com outras observações antes que qualquer um deles possa ser associado à matéria escura.
Ainda assim, o trabalho amplia as possibilidades de investigação de uma das questões mais importantes da ciência contemporânea: do que é feita a maior parte da matéria existente no Universo?
Se os sinais encontrados puderem ser confirmados por análises independentes ou por outras formas de observação, a própria Terra poderá se tornar uma ferramenta inesperada na busca por essa resposta.
