NENHUM SINAL DE UMA FORÇA OCULTA A DOBRAR GALÁXIAS

As medições recentes da expansão do Universo deixam espaço para uma energia escura que evolui ao longo do tempo, em vez de uma constante cosmológica fixa. Uma explicação proposta é que a energia escura interage com a matéria escura. Isso quebraria um pilar da física, o princípio de equivalência, segundo o qual tudo cai da mesma maneira, mas apenas no setor escuro.

Estes modelos produzem uma quinta força que atua apenas sobre a matéria escura. Os testes de laboratório do princípio de equivalência atingem precisões de uma parte em 10¹³ a 10¹⁵, mas, por construção, não conseguem ver uma força que ignora a matéria comum. Os melhores limites até agora vinham da cosmologia, de alguns milésimos da gravidade, e algumas leituras dos dados mais recentes até favorecem uma força dessa ordem.

Um disco deixado para trás

Harry Desmond (Universidade de Portsmouth) e Pedro G. Ferreira (Universidade de Oxford) procuram-na dentro das galáxias. Uma galáxia espiral é um disco de estrelas e gás no interior de um halo de matéria escura muito maior. Se uma quinta força puxar o halo em direção a estruturas vizinhas mas não as estrelas, o halo avança e o disco fica para trás, algumas dezenas de parsecs.

O disco continua ligado ao halo, mas a atração restauradora do halo enfraquece em direção à periferia. Assim, as estrelas exteriores têm de se deslocar mais do que as interiores, e o disco curva-se em forma de U, uma taça que se abre no sentido oposto ao da força. A profundidade da taça é exatamente proporcional à intensidade da força.

Como uma força que atua apenas sobre a matéria escura dobra um disco: o halo é puxado (seta verde), o disco assenta fora do centro e curva-se em U. — Figura 1, Desmond & Ferreira (2026), arXiv:2610.24618, CC BY 4.0.

Milhares de discos de perfil

A curvatura prevista é demasiado pequena para ser vista numa única galáxia, e as galáxias reais são deformadas por muitas causas comuns. O teste é, por isso, estatístico. Os autores mediram a linha média de 3968 discos vistos de perfil em imagens do Sloan Digital Sky Survey, com uma medida que só responde a curvaturas em U e ignora as deformações em S, comuns nas espirais.

A partir de um mapa da matéria do Universo local, até 290 megaparsecs, calcularam para cada galáxia a direção e a intensidade da quinta força que sentiria. Se a força existisse, as curvaturas alinhar-se-iam com essas previsões.

Não se alinham. As curvaturas medidas não mostram sinal da correlação prevista, e até pendem muito ligeiramente no sentido contrário, um efeito que os autores atribuem quase inteiramente a uma única galáxia com uma estrela em primeiro plano deixada na imagem.

Um limite três vezes mais apertado

O resultado é um limite superior: a quinta força tem de ser mais fraca do que 7,7 × 10⁻⁴ da gravidade (95% de credibilidade) para alcances de 8 megaparsecs ou mais. Depois de testarem quinze variações dos seus pressupostos, os autores indicam um limite conservador de 1,7 × 10⁻³.

Região excluída (cinzento) para a intensidade de uma força do setor escuro em função do seu alcance; à direita, o caso de alcance infinito, em que vários valores preferidos por ajustes aos dados do DESI (azul, roxo) ficam acima do novo limite. — Figura 3, Desmond & Ferreira (2026), arXiv:2610.24618, CC BY 4.0.

Para um alcance efetivamente infinito, mesmo o limite conservador é três vezes mais forte do que o limite cosmológico mais apertado, e 43 a 360 vezes mais forte do que testes astrofísicos anteriores. Desfavorece, a cerca de 2 a 3 sigma, os acoplamentos preferidos por vários ajustes recentes de energia escura interagente aos dados do levantamento DESI.

As duas abordagens são complementares. Os limites cosmológicos dependem de como o campo se comportou ao longo da história cósmica; o teste das curvaturas mede a força que atua sobre a matéria escura hoje. Em alcances intermédios, uma análise cosmológica do modelo mais simples ainda dá um limite mais apertado do que o limite conservador aqui obtido.

Saídas possíveis

Uma teoria poderia ainda esconder a força dentro das galáxias com um mecanismo de “blindagem” (screening). Os autores mostram que os tipos comuns de blindagem não o conseguem fazer mantendo a força relevante para a cosmologia. Duas opções mais exóticas, a blindagem de Vainshtein e o chamado acoplamento disforme, continuam em aberto e ficam para trabalho futuro. Até lá, sugerem que os ajustes de energia escura interagente tratem 1,7 × 10⁻³ da gravidade como teto.