Chuva de anti-hélio na Estação Espacial Internacional pode apontar para matéria escura

Relatos não oficiais de 10 núcleos de anti-hélio a atingirem a Estação Espacial Internacional levaram físicos teóricos a procurar explicações para lá dos modelos atuais.

Embora um pequeno punhado de partículas cósmicas possa parecer irrelevante, a assinatura desta chuva de anti-hélio é suficientemente invulgar para que os investigadores encarem o acontecimento como uma tempestade num deserto.

Numa análise publicada recentemente, cientistas do Perimeter Institute for Theoretical Physics, no Canadá, e da Johns Hopkins University, nos Estados Unidos, defendem que se considere física fora do Modelo Padrão atualmente aceite, chegando a sugerir que a matéria escura poderá estar envolvida.

AMS-02 e os núcleos de anti-hélio

Desde 2011, o Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02) encontra-se a bordo da Estação Espacial Internacional, onde registou discretamente mais de 200 mil milhões de eventos de raios cósmicos.

A maioria correspondeu a partículas perfeitamente comuns, lançadas a grande velocidade através de enormes distâncias no espaço. Contudo, relatos ainda não publicados indicam que dez desses eventos terão sido tudo menos habituais: eram formados por pares de antiprotões ligados a um ou dois antineutrões.

Cada partícula fundamental da matéria “comum”, incluindo eletrões, neutrinos e quarks, possui uma equivalente com as mesmas propriedades, mas com carga oposta: uma antipartícula.

Em teoria, antipartículas como positrões, antineutrinos e antiquarks deveriam ter saído dos fornos do Big Bang em quantidades mais ou menos iguais às de eletrões, neutrinos e quarks, anulando-se rapidamente umas às outras numa explosão de raios gama.

O facto de o Universo ser muito mais do que um brilho em expansão de radiação eletromagnética indica que ainda há algo que não compreendemos plenamente acerca do equilíbrio entre a matéria primordial e a antimatéria.

Tal como é possível produzir uma fina névoa de antimatéria com aceleradores de partículas na Terra, a natureza continua a libertar antiprotões e antineutrões durante eventos cataclísmicos de alta energia. Uma parte consegue mesmo escapar à aniquilação e sobreviver, colidindo ocasionalmente com detetores terrestres.

As alegadas deteções do AMS-02 envolviam antiprotões e antineutrões sob a forma de núcleos de anti-hélio - uma combinação rara, cuja formação exigiria antipartículas lentas e muito concentradas, dando às partículas subatómicas oportunidade para se ligarem.

A proporção inesperada dos isótopos de anti-hélio

De forma curiosa, por cada núcleo de anti-hélio com dois antineutrões, um isótopo denominado anti-hélio-4, existiam dois com apenas um antineutrão: anti-hélio-3. Com base exclusivamente na física estabelecida, a melhor estimativa dos investigadores aponta para uma proporção medida entre isótopos de 10,000 para um.

Aquilo que produziu estas duas variedades de isótopos de antimatéria e as enviou na nossa direção não parece ter sido tão seletivo quanto à dimensão do anti-hélio como os processos conhecidos. Isto sugere que as condições iniciais exigiam que os blocos de construção subatómicos se movessem de forma extremamente lenta antes de serem expelidos.

Uma hipótese passa pelo decaimento de uma partícula ainda desconhecida, que poderia até ser matéria escura. Mesmo que essa partícula exista, mantém-se a questão de como terá acabado por atravessar o cosmos a uma fração da velocidade da luz.

Raciocinando em sentido inverso, os investigadores propõem que uma concentração de plasma extremamente quente e em expansão acelerada, composta por partículas conhecidas, poderia fornecer tanto o impulso como a proporção adequada de núcleos de anti-hélio.

Embora nunca tenham sido observadas, estas “bolas de fogo” poderiam ocorrer em colisões entre massas de matéria escura que contenham quantidades suficientes de antiquarks.

Matéria escura, anãs escuras e cenários especulativos

Um segundo cenário possível envolve as chamadas “anãs escuras”. Estas esferas hipotéticas, constituídas por fotões escuros, eletrões escuros e neutrões escuros, também poderiam colidir e gerar condições capazes de emitir anti-hélio nas proporções medidas.

Nenhum dos dois modelos foi desenvolvido por completo: ambos dependem de dinâmicas complexas que deixam amplo espaço para discutir os seus possíveis detalhes. E isto diz respeito apenas à física que conhecemos - a própria matéria escura ainda não foi confirmada como fenómeno material, muito menos compreendida.

Ainda assim, escondidas na matemática de modelos altamente especulativos como estes podem estar sementes de descoberta, capazes de transformar outras medições inesperadas em bolas de fogo de criação geradas por escuridão em colisão.

Com mais seis anos de funcionamento, o AMS-02 poderá ainda recolher dados que ofereçam outra perspetiva sobre a origem desta estranha chuva de anti-hélio.

Ou poderá confirmar que algo inesperado, nas regiões mais distantes do espaço, está a construir átomos de antimatéria e a provocar-nos a partir das sombras.

Esta investigação foi publicada na Physical Review D.