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Fascinante estudo afirma que a matéria escura pode ser mais antiga que o Big Bang

A matéria escura pode muito bem ser o maior mistério do Universo. Sabemos que há algo por aí fazendo as coisas se moverem mais rápido do que deveriam. Mas nós não sabemos o que é, e com certeza não sabemos de onde veio.

De acordo com um novo artigo, as origens da matéria escura podem ser mais peculiares do que sabemos. Talvez fossem partículas que apareciam em um período muito breve de tempo, apenas frações de segundo, antes do Big Bang.

Isso não sugere apenas uma nova conexão entre a física de partículas e astronomia; se essa hipótese se confirmar, isso poderia indicar uma nova maneira de procurar essa matéria misteriosa.

“Se a matéria escura consiste em novas partículas que nasceram antes do Big Bang, elas afetam a maneira como as galáxias são distribuídas no céu de uma maneira única”, disse o astrônomo e físico Tommi Tenkanen, da Universidade Johns Hopkins.

“Essa conexão pode ser usada para revelar sua identidade e tirar conclusões sobre antes do Big Bang também”.

Tudo está entrelaçado com a ordem dos eventos no início do Universo, o que em si é um período de tempo muito obscuro.

Achamos que havia algo chamado Big Bang – embora precisamente o que isso implica ainda esteja sendo debatido. E achamos que havia algo chamado inflação cósmica, um período de tempo muito breve – uma fração de segundo tão pequena que não temos nome para isso – em que o Universo explodiu como um balão.

(Drbogdan/Yinweichen/Wikimedia Commons)

Parece mais geralmente aceito que isso ocorreu entre cerca de 10-36 e 10-32 segundos após o Big Bang. Esse modelo de inflação se parece com a imagem acima.

Mas alguns cientistas pensam que isso aconteceu pouco antes do Big Bang, caso em que o Big Bang é o nome dado às condições do Universo no final da inflação, não a origem dessa expansão em si.

Neste estágio, simplesmente não temos como saber. Como o físico teórico de Harvard-Smithsonian Avi Loeb disse no início deste ano, “a situação atual da inflação é que é uma ideia tão flexível, que não pode ser falseada experimentalmente”. Ele estava falando sobre se a inflação cósmica realmente aconteceu ou não (também uma questão de debate).

A matéria escura – que, de acordo com nossos cálculos, representa cerca de 80% da matéria no Universo – às vezes é considerada um produto do Big Bang.

Mas “se a matéria escura fosse realmente um remanescente do Big Bang, então, em muitos casos, os pesquisadores já deveriam ter visto um sinal direto da matéria escura em diferentes experimentos de física de partículas”, afirma Tenkanen.

Em vez disso, sua modelagem matemática sugere que a matéria escura poderia ter sido um produto da inflação cósmica. Não é a primeira vez que esta ideia é proposta, mas a Tenkanen forneceu as contas que a suportam.

E, se a inflação cósmica ocorreu antes do Big Bang, a matéria escura poderia ter existido antes do resto das coisas do universo primordial.

Isso sugere que as partículas escalares poderiam nos levar à matéria escura. Estas são partículas com rotação zero, e a teoria da inflação – segundo a qual um campo escalar impulsionou a inflação cósmica – sugere que elas foram produzidas em abundância durante esse período.

Até agora, só detectamos uma partícula escalar, o bóson de Higgs. Mas isso não seria capaz de nos dizer muito sobre a matéria escura.

“Embora esse tipo de matéria escura seja muito elusivo para ser encontrado em experimentos com partículas, pode revelar sua presença em observações astronômicas”, disse Tenkanen.

“Em breve saberemos mais sobre a origem da matéria escura quando o satélite Euclid for lançado em 2022. Será muito emocionante ver o que ele revelará sobre a matéria escura e se suas descobertas podem ser usadas para atingir o pico antes do Big Bang”.

É tudo muito teórico, mas é tão bom quanto qualquer um sobre o assunto misterioso que está desempenhando um papel fundamental na formação do nosso Universo. Será fascinante ver como a busca pela matéria escura se manifesta na próxima década.

A pesquisa foi publicada na Physical Review Letters.

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