Ao observarmos o céu e o Universo ao nosso redor, é surpreendente saber que tudo o que conhecemos — planetas, estrelas, objetos do cotidiano — representa menos de 5% do conteúdo total do cosmos. O restante é composto por dois elementos ainda pouco compreendidos: energia escura e matéria escura. Apesar do nome, “escura” não se refere à cor, mas ao desconhecimento que temos sobre essas substâncias, que não se encaixam nas categorias tradicionais da física.
A energia escura é apontada como responsável pela expansão acelerada do Universo. Já a matéria escura se manifesta indiretamente, por meio de efeitos gravitacionais, como as velocidades das estrelas nas galáxias e a distribuição dos aglomerados galácticos. A teoria mais aceita é que ela seja formada por partículas ainda não detectadas, diferentes das que compõem o Modelo Padrão da física de partículas.
As primeiras pistas da existência da matéria escura surgiram nos anos 1930, com o astrônomo suíço Fritz Zwicky, ao estudar o Aglomerado de Coma. Décadas depois, Vera Rubin e Kent Ford reforçaram a hipótese ao observar que estrelas nas bordas das galáxias se moviam mais rápido do que o esperado, sugerindo a presença de uma massa invisível.
Inicialmente, acreditava-se que a matéria escura seria composta por partículas pesadas, mas experimentos como os do Grande Colisor de Hádrons não conseguiram detectá-las. Isso levou os cientistas a considerar partículas mais leves, com interações extremamente fracas com a matéria comum. Para isso, seriam necessários “portais ocultos”: partículas mediadoras que conectariam nosso mundo ao chamado setor escuro.
Pesquisadores da Universidade de São Paulo (USP), com apoio da Fapesp, investigam modelos teóricos que incluam esses mediadores. Um dos mais promissores é o do “fóton escuro”, uma partícula semelhante ao fóton da luz, mas que interage com a matéria escura. Em um estudo recente, o grupo propôs um modelo com três partículas vetoriais: duas como candidatas à matéria escura e uma como mediadora. O modelo se mostrou compatível com os mecanismos de formação da matéria escura (Freeze-out e Freeze-in) e abre novas possibilidades de investigação experimental.
Essa abordagem brasileira contribui para o esforço global de desvendar um dos maiores mistérios do Universo.
