Misterioso 'Dark Big Bang' pode explicar as origens da matéria escura: WebCuriosos

Graças à gravidade, pelo menos sabemos que existe matéria escura. Também sabemos que é assustadoramente abundante, representando cerca de 85% de toda a matéria do Universo.

Fora isso, porém, não temos noção. Não sabemos o que é a matéria escura ou de onde ela veio, e se ela for feita de algum tipo de matéria de interação fraca, ainda não podemos detectar diretamente uma única partícula dela.

De acordo com um estudo teórico realizado por dois investigadores da Universidade Colgate, nos EUA, o nosso contínuo fracasso em desmascarar a matéria escura – mesmo com métodos de deteção mais recentes e altamente sensíveis – justifica repensar a natureza e as origens potenciais desta matéria misteriosa.

Em vez de emergir do Big Bang juntamente com a matéria bariónica comum, a matéria escura poderia ter surgido um pouco mais tarde no seu próprio “Big Bang Negro”, escrevem os autores do estudo. Pode agora habitar um setor escuro, na maior parte separado do nosso setor visível, interagindo exclusivamente através da gravidade.

A gravidade nos ensinou o pouco que sabemos sobre a matéria escura até agora. Chamamos a substância fantasmagórica escuro importa porque não interage com a luz ou outras radiações eletromagnéticas, tornando-o invisível para nós.

No entanto, dada a sua influência gravitacional nas galáxias e aglomerados de galáxias – além de outras pistas, como o seu efeito na radiação cósmica de fundo – temos fortes evidências da existência de matéria escura. Ainda não sabemos sobre quase todo o resto, incluindo o que é e de onde veio.

A busca pela matéria escura concentrou-se principalmente em partículas massivas de interação fraca, ou WIMPs. Estas hipotéticas partículas elementares interagiriam através de duas das quatro forças fundamentais: a gravidade e a força nuclear fraca (mas não o eletromagnetismo ou a força nuclear forte).

Décadas de pesquisas não produziram nenhuma confirmação da existência dos WIMPs, diminuindo um pouco o seu fascínio e deslocando mais interesse científico para outras explicações possíveis para a matéria escura.

“À medida que os WIMP continuam a escapar à detecção, torna-se cada vez mais importante considerar os sectores escuros que estão fortemente dissociados do sector visível,” escrever os autores do novo estudo, o físico Cosmin Ilie e o pesquisador de graduação Richard Casey.

Em 2023, dois outros pesquisadores – Katherine Freese e Martin Winkler, da Universidade do Texas em Austin – proposto uma teoria intrigante: talvez a matéria escura tenha sido formada separadamente da expansão cósmica inicial em um segundo big bang, que eles apelidaram de Dark Big Bang.

Isso desafiaria a forma como muitos cientistas encaram actualmente esta era crucial, com toda a matéria e radiação no Universo (incluindo a matéria escura, seja ela qual for) originárias do mesmo sector da física.

De acordo com Freese e Winkler, no entanto, um Big Bang Escuro é consistente com a evidência da matéria escura – desde que tenha acontecido prontamente, cerca de um mês após o primeiro Big Bang.

Neste cenário, as partículas de matéria escura surgem do decaimento de um campo quântico que se acopla apenas ao setor escuro ou oculto; uma variedade hipotética de partículas e forças além do nosso conhecimento atual da física.

O Dark Big Bang desencadearia um ataque de primeira ordem transição de fase cosmológica no sector escuro, comparável às mudanças que mudaram a realidade que o nosso sector visível sofreu após o primeiro Big Bang, que converteu a energia do vácuo num plasma quente de radiação e partículas.

Em seu novo estudo, Ilie e Casey se aprofundam nessa ideia, explorando sua viabilidade e testando uma série de diferentes cenários do Dark Big Bang que se ajustam aos dados experimentais existentes.

O seu trabalho ajuda a fortalecer o argumento apresentado por Freese e Winkler, não só confirmando a possibilidade de um Dark Big Bang, mas também avaliando de forma abrangente a variedade de formas como tal evento poderia ter-se desenrolado.

Entre as suas descobertas, Ilie e Casey revelam um conjunto anteriormente não examinado de parâmetros potenciais para o surgimento da matéria escura. Eles também apresentam opções para testar ainda mais este conceito, incluindo a possível existência de vestígios detectáveis ​​– como ondas gravitacionais – deixados por estes cenários.

“A detecção de ondas gravitacionais geradas pelo Dark Big Bang pode fornecer evidências cruciais para esta nova teoria da matéria escura”, disse Ilie. diz.

E embora pareça improvável que a matéria escura revele facilmente os seus segredos, há motivos para otimismo de que iremos resolver este mistério cósmico, observa ele.

“Com experimentos atuais como o International Pulsar Timing Array (IPTA) e o Square Kilometer Array (SKA) no horizonte, poderemos em breve ter as ferramentas para testar este modelo de maneiras sem precedentes”, disse Ilie. diz.

Por exemplo, investigadores da colaboração de investigação NANOGrav – que faz parte do IPTA – anunciaram em 2023 que encontraram evidências de um fundo de ondas gravitacionais no Universo.

Isto poderia ajudar a testar o conceito do Dark Big Bang, dizem Ilie e Casey, preparando o terreno para futuras pesquisas que possam finalmente lançar um pouco de luz sobre a matéria escura.

O estudo foi publicado em Revisão Física D.