O telescópio Fermi fez uma observação clara do excesso de emissão de raios gama no centro da nossa galáxia, que parecia não esférica e achatada. Referido como Excesso do Centro Galáctico (GCE), esse excesso de raios gama é uma possível assinatura da matéria escura surgindo como um produto de autoaniquilações de partículas massivas de interação fraca (WIMPs), uma candidata a partícula de matéria escura. No entanto, o excesso de raios gama observado no centro galáctico também pode ser devido a antigos pulsares de milissegundos (MSPs). Até então, acreditava-se que a morfologia do GCE devido à matéria escura (DM) seria esférica. Um estudo de simulação recente revela que a morfologia dos raios gama devido à DM pode ser significativamente não esférica e achatada. Isso significa que tanto as hipóteses de aniquilações da matéria escura (DM) quanto as hipóteses de pulsares de milissegundos (MSPs) para o GCE observado são igualmente possíveis. Os raios gama produzidos na aniquilação da matéria escura (DM) teriam um nível de energia extremamente alto, de aproximadamente 0.1 tera-elétron-volt (TeV). Os telescópios de raios gama convencionais não conseguem detectar esses fótons de alta energia diretamente. Portanto, a confirmação do modelo de matéria escura (DM) do Excesso do Centro Galáctico (GCE) seria possível após a conclusão dos estudos pelos observatórios de raios gama tera, como o Observatório Cherenkov Telescope Array (CTAO) e o Observatório Southern Wide-field Gamma-ray (SWGO).
A história da matéria escura começou em 1933, quando Fritz Zwicky observou que as galáxias em movimento rápido no Aglomerado Coma não conseguem se manter unidas e estáveis sem a presença de matéria adicional que, de alguma forma, é invisível, mas exerce efeito gravitacional adequado para impedir que as galáxias se desintegrem. Ele cunhou o termo "matéria escura" para se referir a essa matéria invisível. Na década de 1960, Vera Rubin fez uma contribuição seminal para a nossa compreensão da matéria escura. Ela observou que as estrelas nas bordas externas de Andrômeda e outras galáxias estavam girando a uma velocidade tão rápida quanto as velocidades das estrelas em direção ao centro. Para a soma dada de toda a matéria observada, a galáxia deveria ter se separado, necessitando da presença de alguma matéria invisível adicional que mantivesse as galáxias unidas e as fizesse girar em altas velocidades. Suas medições das curvas de rotação da galáxia de Andrômeda forneceram as primeiras evidências da matéria escura.
Agora sabemos que a matéria escura não interage com a luz ou com a força eletromagnética. Ela não absorve, reflete ou emite luz ou qualquer outra radiação eletromagnética e é invisível, sendo, portanto, chamada de escura. Mas ela se aglomera gravitacionalmente e tem efeito gravitacional sobre a matéria comum, e é assim que sua presença no espaço é geralmente inferida. As galáxias são mantidas juntas em equilíbrio pelo efeito gravitacional da matéria escura, que constitui até 26.8% do conteúdo energético da massa do universo, enquanto todo o universo observável, incluindo toda a matéria bariônica comum da qual todos somos feitos, compõe apenas 4.9% do universo. Os 68.3% restantes do conteúdo energético da massa do universo são energia escura.
Não se sabe o que realmente é a matéria escura. Não há partículas fundamentais na Modelo Padrão possuem as propriedades necessárias para serem matéria escura. Talvez, hipotéticas "partículas supersimétricas" que sejam parceiras das partículas do Modelo Padrão formem matéria escura. Talvez exista um mundo paralelo de matéria escura. WIMPs (partículas massivas de interação fraca), áxions ou neutrinos estéreis são partículas hipotéticas além do Modelo Padrão que são as principais candidatas. No entanto, ainda não se obteve sucesso na detecção dessas partículas.
Existem vários projetos (como Experimento XENON, Projeto DarkSide-20k, Experimento EURECA, e RES-NOVA) atualmente em andamento para a detecção direta de partículas de matéria escura. Trata-se, em sua maioria, de detectores de gás nobre líquido ou detectores criogênicos, projetados para detectar sinais fracos de interações de partículas de matéria escura. No entanto, apesar de muitas abordagens inovadoras, nenhum projeto foi capaz de detectar diretamente qualquer partícula de matéria escura até o momento.
Para evidências indiretas da matéria escura, pode-se procurar por efeitos gravitacionais da matéria escura, como Fritz Zwicky e Vera Rubin fizeram para descobrir a matéria escura estudando como as galáxias se mantêm unidas apesar de terem velocidades desproporcionalmente altas para a matéria comum observada. Os efeitos gravitacionais das lentes (curvatura da luz) e os efeitos no movimento das estrelas no espaço também podem fornecer evidências indiretas da presença de matéria escura. Além disso, produtos de aniquilação (como raios gama, neutrinos e raios cósmicos) criados quando partículas de matéria escura colidem umas com as outras no espaço também podem indicar a presença de matéria escura. Um desses locais onde a matéria escura foi prevista com base em produtos da aniquilação de partículas de matéria escura é o centro da nossa galáxia, a Via Láctea.
Detecção de matéria escura no centro da nossa galáxia, a Via Láctea
Houve indícios de um excesso de brilho central difuso de micro-ondas no centro da Via Láctea (MW). O excesso de brilho foi proposto como sendo devido à emissão síncrotron de elétrons e pósitrons relativísticos gerados na aniquilação da matéria escura WIMP, portanto, um sinal difuso estendido de raios gama na faixa de energia de até algumas centenas de GeV foi previsto. Posteriormente, o Telescópio Fermi-Large Area (LAT) detectou o sinal de raios gama que foi identificado como Excesso do Centro Galáctico (GCE). Logo, percebeu-se que o Excesso do Centro Galáctico (GCE) também poderia ser devido a estrelas de nêutrons antigas (pulsares de milissegundos). Pensou-se que a morfologia do GCE seria importante - um GCE simétrico de formato esférico seria indicativo de emissão de raios gama da aniquilação de partículas de matéria escura (DM), enquanto uma morfologia achatada do GCE seria sugestiva de emissão de raios gama de pulsares de milissegundos (MSP).
A observação extensiva do centro galáctico da Via Láctea pelo Telescópio Fermi-Large Area (LAT) revelou uma asfericidade achatada. Normalmente, associar-se-ia a asfericidade observada a estrelas velhas (MSP), porém um estudo recente publicado em 16 de outubro de 2025 concluiu que as morfologias de GCE previstas pelos modelos de aniquilação de estrelas velhas (MSP) e de matéria escura (DM) são indistinguíveis.
Para estudar a distribuição da matéria escura, os pesquisadores conduziram simulações da morfologia de galáxias semelhantes à Via Láctea (MW). Eles descobriram que os halos de matéria escura ao redor das galáxias, bem como ao redor das regiões centrais das galáxias, raramente eram esféricos, como assumido no modelo anisotrópico. Em vez disso, a análise mostrou uma projeção achatada da densidade da matéria escura para todas as galáxias. Essa distribuição não axissimétrica da matéria escura (DM) foi demonstrada também pela história de fusão da Via Láctea nos primeiros três bilhões de anos da história do universo. A morfologia observada da GCE é achatada sobre a região central, o que geralmente é considerado característico da distribuição de estrelas velhas (MSP). O novo estudo demonstrou que a matéria escura (DM) gera uma distribuição quadrada semelhante. Assim, tanto as hipóteses de aniquilações da matéria escura (DM) quanto as hipóteses de pulsares de milissegundos (MSPs) para a GCE observada são igualmente possíveis.
Se a ECG observada é devida à matéria escura (DM) ou a pulsares de milissegundos (MSPs), isso só será possível quando observatórios de raios gama, como o Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO) e o Southern Wide-field Gamma-ray Observatory (SWGO), concluírem seus estudos de raios gama tera no futuro. Os raios gama produzidos como produto da aniquilação da matéria escura (DM) no centro galáctico seriam fótons de ultra-alta energia, com um nível de energia extremamente alto de aproximadamente 0.1 tera-elétron-volt (TeV). Telescópios de raios gama convencionais não conseguem detectar esses fótons de alta energia diretamente. Os raios gama tera serão um alvo importante para futuros observatórios de raios gama, como o CTAO e o SWGO.
Este estudo representa um avanço na detecção de matéria escura no espaço por meio de seus produtos de aniquilação. No entanto, a presença de matéria escura no centro galáctico exigiria confirmação por observatórios de raios gama de ultra-alta energia, como o CTAO ou o SWGO, no futuro. Um progresso muito mais significativo na ciência da matéria escura seria a detecção direta de qualquer partícula de matéria escura.
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Referências:
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- Misiaszeka M. e Rossib N. 2024. Detecção direta de matéria escura: uma revisão crítica. Symmetry 2024, 16(2), 201; DOI: https://doi.org/10.3390/sym16020201
- Instituto de Física Corpuscular. Em busca da matéria escura: uma nova abordagem para detectar o invisível. 22 de agosto de 2025. Disponível em https://webific.ific.uv.es/web/en/content/search-dark-matter-new-approach-detecting-invisible
- Muru MM, et al 2025. Centro Galáctico Fermi-LAT: Excesso de Morfologia da Matéria Escura em Simulações da Via Láctea. Physical Review Letters. 135, 161005. Publicado em 16 de outubro de 2025. DOI: https://doi.org/10.1103/g9qz-h8wd Versão pré-impressa no arXiv. Enviado em 8 de agosto de 2025. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.06314
- Universidade Johns Hopkins. Notícias – Brilho misterioso na Via Láctea pode ser evidência de matéria escura. Publicado em 16 de outubro de 2025. Disponível em https://hub.jhu.edu/2025/10/16/mysterious-glow-in-milky-way-dark-matter/
- Instituto Leibniz de Astrofísica. Notícias – Via Láctea mostra excesso de raios gama devido à aniquilação da matéria escura. Publicado em 17 de outubro de 2025. Disponível em https://www.aip.de/en/news/milkyway-gammaray-darkmatter-annihilation/
- Telescópio Espacial Fermi de Raios Gama. Disponível em https://science.nasa.gov/mission/fermi/
- Observatório do Conjunto de Telescópios Cherenkov (CTAO). Disponível em https://www.ctao.org/emission-to-discovery/science/
- Observatório de Raios Gama de Campo Amplo do Sul (SWGO). Disponível em https://www.swgo.org/SWGOWiki/doku.php?id=swgo_rel_pub
- Observatório de Tartu. O lado escuro do Universo. Disponível em https://kosmos.ut.ee/en/dark-side-of-the-universe
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, this excess γ-ray is a possible signature of dark matter arising as a product of self-annihilations of weakly interacting massive particles (WIMPs), a dark matter particle candidate. However, the excess γ-ray observed at the galactic centre may also be due to old millisecond pulsars (MSPs). Hitherto, it was held that the morphology GCE due to dark matter (DM) would be spherical. A recent simulation study reveals that gamma-ray morphology due to DM could be significantly nonspherical and flattened. This means both dark matter (DM) annihilations and millisecond pulsars (MSPs) hypotheses for the observed GCE are equally possible. The gamma rays produced in the annihilation of dark matter (DM) would have an extremely high energy level of approximately 0.1 tera-electron-volts (TeV). The standard gamma-ray telescopes cannot detect these high-energy photons directly. Hence, confirmation of dark matter (DM) model of Galactic Centre Excess (GCE) would be possible upon completion of studies by the tera γ-ray observatories like CTAO and SWGO.){kind=link}