Os físicos não sabem para onde grande parte da massa aparente do universo se foi, e as tentativas de encontrá-la falharam até agora. Mas uma partícula proposta, que teria nascido dos primeiros momentos caóticos do universo, pode fornecer um indício e uma maneira razoável de procurá-la.
Essa proposta sugere que a matéria escura se formou antes do Big Bang, mas utilizando o jargão científico, o sentido físico da frase — a partícula hipotética não é anterior ao próprio universo. Em vez disso, o que é interessante é que essa (comparativamente simples) teoria da matéria escura é compatível com as décadas de testes que restringiram a aparência da matéria escura, bem como com a compreensão atual do universo. Mais importante ainda, esta teoria é testável.
A partícula deixa “uma marca única na estrutura em grande escala do universo, isto é, na distribuição de galáxias e aglomerados de galáxias”, disse o autor do estudo, Tommi Tenkanen, da Universidade Johns Hopkins, em e-mail ao Gizmodo. “Isso torna a hipótese testável com observações astronômicas no futuro próximo”.
Você pode ler nossa matéria sobre o estado da matéria escura aqui, mas basicamente, observações astronômicas de galáxias distantes e a estrutura do universo implicam que há alguma fonte de gravidade que permeia o universo que experimentos não podem detectar diretamente. Esta fonte de gravidade supera em muito a matéria que compõe a Terra e todas as estrelas e galáxias do universo.
Os cientistas chamam isso de matéria escura, mesmo que os candidatos a matéria escura de hoje não sejam tão escuros, mas transparentes. Aceleradores de partículas e detectores enterrados no subsolo não conseguiram encontrar evidências conclusivas de nenhum candidato à matéria escura, sendo que os mais populares são chamados de WIMPs, ou Partículas Maciças de Baixa Interação.
Tenkanen teorizou que as coisas chamadas partículas escalares se formavam à medida que o universo se inflava rapidamente durante sua primeira fração de segundo — não antes do início do universo, mas pouco antes do início da era que alguns físicos chamam de “época do Big Bang” que ocorre depois da inflação.
Durante este período inflacionário, campos chamados campos escalares poderiam ter preenchido o universo, e se a inflação em si não fosse uniforme, ela poderia ter introduzido flutuações no campo. Essas flutuações correspondem a partículas escalares massivas que só podem interagir com a matéria através da gravidade e ainda existiriam hoje, de acordo com a teoria. Os WIMPs, ao contrário dessas partículas escalares, teriam se formado após o fim da era inflacionária.
Isso provavelmente soa igual a todos os outros candidatos a matéria escura sobre os quais você leu — é uma partícula que ainda não descobrimos. Mas a sua beleza está nos detalhes, na medida em que esta partícula se encaixa nas restrições existentes do que a matéria escura pode e não pode ser, baseadas em experimentos e observações da luz visível mais distante, chamada radiação cósmica de fundo em micro-ondas. Além disso, essa teoria foi desenvolvida usando ferramentas matemáticas similares àquelas que governam o bóson de Higgs, outra partícula que corresponde a um campo escalar.
Esta teoria é uma de várias ideias semelhantes, de acordo com o artigo de Tenkanen, publicado na Physical Review Letters. No entanto, este artigo mostra, pela primeira vez, que uma teoria como essa pode funcionar sem entrar em conflito com dados cósmicos de fundo em micro-ondas.
E tudo isso é emocionante. “O que há de tão recente nesse último artigo é que é possível montar um modelo de matéria escura que dependa menos de ideias hipotéticas completamente não testadas, que ainda correspondam a muitas restrições observacionais que precisamos encontrar”, disse David Kaiser, professor de física no MIT, ao Gizmodo.
O estudo em si não é uma descoberta, é claro. É apenas uma teoria, que é mais ou menos o termo físico para uma hipótese matematicamente consistente. Mas também fornece um sinal para os astrônomos procurarem pela matéria em um céu que pode falsificar hipóteses.
“O modelo proposto aqui é interessante para mim, principalmente porque é testável”, disse ao Gizmodo Priyamvada Natarajan, professora de astronomia e astrofísica de Yale. Se a matéria escura interage muito fortemente consigo mesma, então a teoria não funciona. Também prevê certas pequenas mudanças na estrutura do universo que apareceriam nos próximos telescópios.
Tenkanen prevê que o satélite de mapeamento de matéria escura Euclides poderia fornecer algumas dessas respostas quando for lançado em 2022.
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