Detectando o Indetectável – Pesquisadores na Caça à Matéria Escura com Auxílio da Impressão 3D

A caça a um dos segredos mais sombrios do universo continua enquanto os cientistas buscam os mistérios da matéria escura. A matéria escura é responsável por ações fundamentais no sistema solar, como a formação de galáxias, mas é notoriamente difícil de detectar. Um novo estudo apresentado por pesquisadores da School of Physics and Astronomy da University of Nottingham demonstra um método de detectar matéria escura usando um sistema de vácuo especialmente projetado. Veja o que você precisa saber.

O que é Matéria Escura?

Matéria ordinária é o que as pessoas consideram ser tudo. Qualquer coisa que ocupa espaço e tem massa se enquadra nesta categoria, desde a maior estrela até o menor átomo. Surpreendentemente, esse tipo de matéria representa apenas uma pequena parte da equação. Especificamente, ocupa cerca de 5 % da composição do universo.

Os pesquisadores concluíram que 30 % do universo é composto por energia negra, outra força misteriosa que os cientistas estudam há algum tempo. Os 69 % restantes são matéria escura. Os pesquisadores fizeram muitas suposições sobre essa força.

Alguns acreditam que a matéria escura é composta por buracos negros primordiais, enquanto outros concluíram que devem ser partículas subatômicas ainda não descobertas. Apesar de suas posições, todos concordam que a ciência ainda não possui equipamentos sensíveis o suficiente para capturar esse nível de energia.

Como a Matéria Escura foi Descoberta?

Astrônomos mencionaram a matéria escura pela primeira vez em 1933. Um astrônomo suíço‑americano chamado Fritz Zwicky ficou surpreso ao descobrir que o aglomerado de galáxias Coma desafiava as crenças astronômicas da época. A galáxia tinha apenas 1 % da massa necessária para manter as galáxias unidas.

Fonte – Guia de Constelação

Ele teorizou que deveria existir outra forma de matéria fornecendo a massa para manter as galáxias no lugar. Essa substância elusiva atuava como suporte estrutural e roteiro para a formação de novas estrelas, galáxias e muito mais. Notavelmente, ele pôde demonstrar matematicamente que a massa existia, mas seriam necessários muitos anos de pesquisa antes que os cientistas pudessem reproduzir anomalias de matéria escura de forma consistente e mensurável.

Detectar Matéria Escura é Difícil

Detectar a matéria escura invisível tem se mostrado um processo demorado e cientificamente desafiador. A força é invisível e, mesmo com os instrumentos ópticos mais avançados, ainda é quase impossível detectá‑la. Em vez disso, a única maneira que os pesquisadores encontraram para detectar essa força é por meio de flutuações nas influências gravitacionais.

Novo Estudo Melhora a Detecção

O estudo, “Detectando paredes de domínio escuro através de seu impacto nas trajetórias de partículas em ambientes de vácuo ultrahigh personalizados”, explica um novo método para medir a presença de matéria escura. A abordagem inovadora introduz uma câmara de vácuo impressa em 3D especialmente projetada que permite que a matéria escura se acumule e colida, resultando em flutuações gravitacionais.

Campos Escalares

Os pesquisadores usaram campos escalares para garantir que capturassem mudanças minúsculas no campo gravitacional. Campos escalares são comumente usados para resolver e capturar dados de ambientes 3D. Esses protocolos de teste atribuem a cada ponto no espaço um número específico. Campos escalares fornecem um método preciso e consistente para medir mudanças nos campos ao longo do espaço.

Campos escalares são comuns hoje. Eles são usados para medir variações de temperatura, potencial elétrico, radiação, pressão e mudanças gravitacionais. A natureza dinâmica desse estilo de recuperação de dados permite que os pesquisadores obtenham insights úteis sobre o ambiente monitorado. Esses dados podem ser coletados de forma linear, não linear ou em escala.

Teste

O estudo, que levou três anos para ser concluído, destaca como câmaras impressas em 3D criam um fenômeno conhecido como paredes de domínio. Paredes de domínio são acumulações de energia que ocorrem quando transições de fase de campos escalares acontecem. As paredes de domínio afetam as partículas ao passarem por elas, alterando sua trajetória e caminho de voo. Essa desviação, por sua vez, pode ser medida para determinar a existência de matéria escura.

Os pesquisadores monitoraram essas paredes de domínio e usaram seus dados para criar a câmara de vácuo impressa em 3D ideal. O dispositivo incorporou uma forma e estrutura específicas para aprisionar partículas de matéria escura. Os pesquisadores também usaram materiais especiais que ajudaram no processo de captura.

Menor Densidade ao Reduzir a Temperatura

A equipe adicionou o processo de reação ao baixar a temperatura das partículas leves. Esse processo foi descrito pelos pesquisadores como semelhante à água que se torna mais lenta e solidifica à medida que a temperatura cai. Nesta pesquisa, o gás de menor densidade foi misturado com átomos de lítio ultrafrios.

Como parte do experimento, esses átomos foram resfriados a -273 graus. Essa temperatura colocou os átomos próximo ao zero absoluto, permitindo que reagissem de maneira estável em comparação com temperaturas normais. Essa manobra simulou uma partícula viajando através de uma substância que ficou mais densa ao longo de seu percurso.

Resultados

Os pesquisadores mediram com sucesso flutuações gravitacionais de nanohertz, e sua presença sinalizou matéria escura. Esses resultados podem ter um efeito retumbante em como os cientistas veem a evolução do universo. Agora, o processo de teste pode ser usado para coletar mais dados sobre essas partículas elusivas que fornecem os blocos de construção da galáxia.

Pesquisadores

O estudo foi conduzido em uma das principais academias de pesquisa científica da Europa, a School of Physics and Astronomy da University of Nottingham. Especificamente, a professora Clare Burrage liderou os esforços de pesquisa e foi auxiliada pelo professor associado Lucia Hackermueller.

Benefícios Revelados pelo Estudo

A capacidade de detectar matéria escura usando paredes de domínio via câmaras de vácuo impressas introduz um novo mundo de oportunidades para pesquisadores e aqueles que buscam entender melhor essa força. O estudo estabelece a base para pesquisadores que desejam medir e prever as ações dessa força, com o objetivo de, um dia, compreender como ela ajuda na formação de galáxias e na evolução do universo.

Outros Estudos de Matéria Escura que Vale a Pena Notar

A comunidade científica continua a inovar e inventar novos métodos de monitoramento da matéria escura e energia. Esses métodos abrangem diversas ciências, incluindo medições a partir do espaço, criação de grandes dispositivos de rastreamento de partículas leves para buscar efeitos gravitacionais e muito mais. Aqui estão alguns dos esforços mais vantajosos realizados até o momento.

Telescópio Espacial Euclid

O telescópio espacial Euclid da Europa foi recentemente lançado a partir de um foguete Falcon 9 na Flórida em busca de matéria escura. O projeto, apelidado “Dark Detective”, foi projetado para trabalhar com o telescópio James Webb para investigar ainda mais anomalias. Ao contrário do telescópio James Webb, que tem foco de ponto incrível, o satélite telescópio de 15 pés de altura e 11 pés de largura foi projetado para capturar vistas panorâmicas enormes do universo.

O dispositivo será capaz de capturar as maiores fotos de perspectiva da história do universo de 13,8 bilhões de anos. Os cientistas podem examinar essas fotos para rastrear o movimento da luz através da galáxia. Notavelmente, eles podem então usar a distorção da luz para localizar anomalias gravitacionais causadas pela matéria escura. Esse fenômeno é conhecido como lente gravitacional e tem produzido alguns resultados intrigantes.

CERN

Um dos projetos mais vantajosos e mais conhecidos usados para tentar monitorar, medir e criar matéria escura vem dos pesquisadores do CERN. Essa enorme instalação de pesquisa foi fundada em 1954. Desde então, tem desempenhado um papel enorme na comunidade científica em múltiplos setores, incluindo a criação de protocolos de pesquisa para descobrir e monitorar protocolos de alta energia.

Esta empresa de pesquisa baseada em Genebra trabalhou com os projetos mais brilhantes e inovadores do mercado, e suas conquistas não podem ser subestimadas. Por exemplo, Tim Berners‑Lee lançou famosamente a World Wide Web em 1989 a partir da instalação que mais tarde hospedou o primeiro site em 1991. Hoje, a instalação foca em uma variedade de atividades científicas.

O CERN é mais conhecido como a casa do Grande Colisor de Hádrons (LHC). Esse dispositivo é o maior e mais energético colisor de partículas do mundo. Ele pode acelerar partículas e dispará‑las em velocidade máxima antes de colidi‑las para registrar os efeitos. Esse método está agora sendo usado para medir efeitos gravitacionais causados pela matéria escura, o que pode, um dia, lançar mais luz sobre sua presença e efeitos.

Estrela de Nêutrons

Outro método que os pesquisadores introduziram para monitorar a presença de matéria escura é através da medição dos níveis de energia de estrelas de nêutrons. Usando um telescópio construído especificamente chamado Observatório de Neutrinos IceCube no Polo Sul da Antártida, os pesquisadores podem monitorar o acúmulo de matéria escura nesses corpos celestes.

Notavelmente, os cientistas buscam as partículas subprodutos que são criadas quando a matéria escura interage e se destrói. Essa ocorrência acontece sempre que há acúmulo de matéria escura em uma estrela de nêutrons. Esse método rastreia os subprodutos dessas colisões e mede suas flutuações ao longo do tempo, criando um mapa dessa energia enquanto ela viaja.

Empresas que Podem se Beneficiar dessas Descobertas

A capacidade de detectar e, um dia, aproveitar a matéria escura tem sido um objetivo de longa data para cientistas e pesquisadores. Esses desenvolvimentos recentes facilitarão o estudo aprofundado desse elemento elusivo e começarão a desvendar seus mistérios. Para cumprir essa tarefa, haverá maior demanda por espaçonaves e instalações de teste de alto nível. Aqui estão duas empresas que estão posicionadas para se beneficiar desses desenvolvimentos no futuro.

1. SpaceX

O bilionário excêntrico Elon Musk fundou a SpaceX em 14 de março de 2002. Esta empresa baseada em El Segundo, Califórnia, foi lançada sob o nome diferente “Space Exploration Technologies (SPCX ) Corporation” (SET) antes de rebatizar para o nome mais comercialmente atraente SpaceX. Notavelmente, para garantir o projeto, Musk investiu 50 % de suas ações da PayPal (PYPL ), então avaliadas em US $180 milhões. Esses fundos foram usados para garantir os pesquisadores necessários para lançar seu primeiro foguete.

A SpaceX está pioneirando o setor espacial comercial hoje. A empresa continua sendo a primeira empresa privada a enviar uma nave para a Estação Espacial Internacional. Também foi a primeira a pousar um foguete na lua, lançar o foguete mais poderoso e a única empresa a pousar com sucesso um foguete reutilizável.

2. Teledyne Technologies Inc.

TDY Gráfico de preços

A Teledyne Technologies (TDY ) Inc. é um fornecedor líder de materiais aeroespaciais. A empresa oferece uma seleção de componentes eletrônicos avançados de alto padrão, instrumentos e produtos de comunicação. A Teledyne Tech entrou no mercado em 1999 e originalmente apresentava um conglomerado de 19 empresas. Hoje, a Teledyne Technologies, Inc. inclui mais de 100 empresas globalmente.

A Teledyne Technologies Inc. pode ver lucros significativos provenientes de um impulso para colocar mais sensores no espaço. A empresa é um fornecedor importante de alumínio de grau aeroespacial e outros sistemas vitais para a realização dessas missões. Vários satélites atualmente utilizam os produtos da empresa.

A ação da Teledyne Technologies Inc. (TDY) tem apresentado retornos consistentes de 6,56 %. O posicionamento da empresa e o crescimento previsto nas atividades relacionadas ao espaço tornam esses ativos uma forte “Compra”. Nas próximas semanas, a Teledyne Technologies, Inc. continuará a desempenhar um papel fundamental no crescente mercado aeroespacial.

Futuro dos Estudos de Matéria Escura

O futuro da pesquisa em matéria escura é promissor. A introdução de robótica e IA o impulsionará a novos patamares e permitirá que os pesquisadores, pela primeira vez, comecem a rastrear e monitorar essa substância de forma consistente. A introdução de robôs espaciais alimentados por IA ajudará a aproximar os humanos dessas respostas elusivas sem arriscar vidas humanas.

Além disso, haverá muito mais foco na criação de matéria escura em laboratórios. O LHC desempenhará um papel crucial nesse processo como o maior acelerador de partículas, com sensores sensíveis o bastante para capturar as minúsculas flutuações causadas pela matéria escura.

Medir Matéria Escura é o Passo 1

Os avanços feitos na medição da matéria escura continuam a ajudar a revelar as características dessa força ainda não compreendida. No futuro, os pesquisadores conectarão dados relevantes e aproveitarão IA avançada de aprendizado profundo para fazer correlações que podem ter parecido improváveis para leitores humanos. Todos esses desenvolvimentos e muito mais resultarão em uma matéria escura mais transparente no futuro.

Você pode aprender mais sobre projetos aeroespaciais empolgantes aqui.