Galáxias ajudam no cálculo da massa dos neutrinos

2002-08-21

A distribuição da matéria no Universo depende, em parte, da energia dos neutrinos. Os dados de um vasto estudo de galáxias apontou um novo limite para a massa destas partículas. Crédito: 2dF GRS.
Comparando a distribuição espacial de milhares de galáxias
galáxia
Um vasto conjunto de estrelas, nebulosas, gás e poeira interestelar gravitacionalmente ligados. As galáxias classificam-se em três categorias principais: espirais, elípticas e irregulares.
com modelos de distribuição galáctica onde a massa
massa
A massa é uma medida da quantidade de matéria de um dado corpo.
do neutrino
neutrino (ν)
O neutrino é uma partícula elementar da classe dos leptões. Com carga eléctrica nula e massa quase nula, o neutrino interage muito pouco, estando sujeito apenas à força nuclear fraca e à força gravitacional. O neutrino é um leptão e tem spin semi-inteiro (fermião). Conhecem-se três tipos diferentes de neutrinos: o neutrino do electrão (νe), o neutrino do muão (νμ), e o neutrino do tau (ντ).
é uma variável, verificou-se que a massa do neutrino é menor do que se pensava. Este resultado mostra que apenas uma pequena parte da matéria escura
matéria escura
A matéria escura é matéria que não emite luz e por isso não pode ser observada directamente, mas cuja existência é inferida pela sua influência gravitacional na matéria luminosa, ou prevista por certas teorias. Por exemplo, os astrónomos acreditam que as regiões mais exteriores das galáxias, incluindo a Via Láctea, têm de possuir matéria escura devido às observações do movimento das estrelas. A Teoria Inflacionária do Universo prevê que o Universo tem uma densidade elevada, o que só pode ser verdade se existir matéria escura. Não se sabe ao certo o que constitui a matéria escura: poderão ser partículas subatómicas, buracos negros, estrelas de muito baixa luminosidade, ou mesmo uma combinação de vários destes ou outros objectos.
pode ser formada por neutrinos.

Os neutrinos são partículas elementares que interagem muito fracamente com todas as outras partículas, o que torna extremamente difícil o estudo das suas propriedades. Recentemente, experiências realizadas no Sudbury Neutrino Observatory (SNO, local dedicado à investigação de neutrinos), confirmaram que os três tipos de neutrinos (neutrino do electrão
electrão
Partícula elementar pertencente à família dos leptões - partículas sujeitas à interacção nuclear fraca, electromagnética e gravitacional. Os electrões possuem carga eléctrica negativa e encontram-se nos átomos de todos os elementos químicos, orbitando à volta do núcleo atómico, que possui carga eléctrica positiva.
, do muão
muão (μ)
O muão negativo (μ-) é uma partícula elementar da classe dos leptões. As suas propriedades são idênticas às do electrão, excepto a sua massa, que é 207 vezes superior: mμ = 207me. O tempo de vida médio do muão é de 2,2 microsegundo. Os muões são produzidos na alta atmosfera pelo decaimento de piões. A antipartícula do muão negativo (μ-) é o muão positivo (μ+).
e do tau), podem transformar-se uns nos outros. Este tipo de transformação é previsto teoricamente no caso dos diferentes tipos de neutrinos terem massas diferentes. As experiências efectuadas no SNO permitiram fixar o limite inferior para a massa do neutrino em 50 meV (eV
electrão-volt (eV)
O electrão-volt (eV) é uma unidade de energia que corresponde à energia adquirida por um electrão quando este é acelerado por uma diferença de potencial de um volt num campo eléctrico. 1 eV = 1,6 x 1012 erg = 1,60217733 x 10-19 J.
=electrão Volt).

Curiosamente a cosmologia observacional pode ajudar no cálculo da massa do neutrino. A maior parte da matéria do Universo é escura (não é visível) e fria. De que é feita a matéria escura é um dos grandes desafios científicos actuais. Os neutrinos estão na lista dos candidatos. Quanto mais fria se encontrar a matéria mais facilmente se dá a sua aglomeração por força da gravidade. Observacionalmente espera-se que quanto mais fria estiver a matéria no Universo, mais aglomerações de matéria deverão existir. Esta situação assume que a matéria escura se agrega do mesmo modo que a matéria visível, o que está de acordo com o modelo cosmológico padrão que pressupõe que estas componentes de matéria têm o mesmo comportamento. Os neutrinos são uma forma de matéria escura relativamente quente. Se a sua massa fosse muito elevada, a matéria estaria menos aglomerada do que aquilo que se observa em pequenas escalas.

O trabalho agora apresentado baseou-se em dados da amostra 2dF Galaxy Redshift Survey
Two Degree Field Galaxy Redshift Survey (2dF)
Trata-se de um levantamento espectroscópico para obtenção de desvios para o vermelho de 250 000 galáxias no hemisfério sul, realizado no Observatório Anglo-Australiano, situado na Austrália. Este levantamento permitirá obter um mapa a 3 dimensões do céu do sul.
, que é a maior do seu género. Este estudo comparou a distribuição espacial de 160 000 galáxias com modelos de distribuição galáctica onde diferentes massas para o neutrino foram testadas. Verificou-se que o modelo que melhor representa a distribuição (real) das galáxias assume um valor para a massa do neutrino inferior a 2.2 eV. Note-se que estudos anteriores indicavam valores compreendidos entre 3 a 6 eV, ou seja, tudo indica que a massa do neutrino deverá estar situada entre 50 meV (resultados do SNO) e 2.2 eV. No futuro, com mais dados cosmológicos, espera-se poder estreitar ainda mais esta gama de valores. Os limites inferior e superior para massa do neutrino permitem concluir que os neutrinos apenas contribuem numa pequena parte para a matéria escura (cerca de um oitavo).

Fonte original: http://focus.aps.org/v10/st2.html