Matéria escura teria se formado no caos borbulhante pós-Big Bang

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Mesmo abundante, ela não pode ser vista, coletada, analisada, mas está lá – o efeito gravitacional que a matéria escura exerce é tão grande que foi possível estimar que ela constitui 80% da massa do Universo. Investigar como ela surgiu pode dar pistas sobre o que ela é e qual seu papel no equilíbrio cósmico.

"A matéria escura é uma coleção de partículas elementares? Em caso afirmativo, quais são as propriedades dessas partículas? Que forças elas exercem e quais interações experimentam? Quando a matéria escura foi criada e quais estruturas desempenharam um papel importante na sua formação?" disse o astrofísico Andrew Long, da Universidade Rice, coautor do estudo publicado agora no The Physical Review Letters.

O consenso é que ela surgiu após o Big Bang, o evento que deu origem ao nosso Universo; mas como ela se formou? Foi nisso que Long e mais os físicos Michael Baker, da Universidade de Melbourne, e Joachim Kopp, da Universidade Johannes Gutenberg de Mainz, se concentraram.

Sopa borbulhante

O tempo e o Universo ainda não haviam contado um nanossegundo e partículas eram criadas, chocavam-se e aniquilavam-se umas às outras – o caos anterior ao cosmos, que naquele momento era uma sopa primordial incrivelmente quente e densa de partículas elementares de energia extremamente alta.

Quando o Universo começou a se expandir e o plasma, a esfriar, a produção de novas partículas foi interrompida. As que existiam pararam de se chocar, e as que sobreviveram ao início infernal do cosmos são as chamadas “relíquias térmicas” – prótons, nêutrons e tudo o mais que constitui a matéria.

A hipótese que Long e os demais físicos imaginaram é: e se a matéria escura fosse constituída de partículas – elas mesmas, “relíquias térmicas”?

Elas teriam nascido do plasma quente que, quase imediatamente depois do Big Bang, mudou de estado como mudam a água ou o ferro – de um estado para outro, solidificando-se evaporando ou liquefazendo-se. O que os três cientistas imaginaram é que bolhas de plasma resfriado se formaram abruptamente no caldo primordial extremamente quente no universo primitivo, se expandiram e, por fim, se fundiram, em um processo contínuo até todo o universo ter começado a esfriar e expandir-se.

"À medida que essas bolhas se expandem por todo o universo, elas agem como filtros que separam as partículas de matéria escura do plasma. Desta forma, a quantidade de matéria escura que medimos no universo hoje é um resultado direto dessa filtração nas primeiras frações de segundo após o Big Bang", disse Long.

Segundo ele, as paredes das bolhas de plasma deixariam passar apenas partículas de matéria escura com massa (e energia) suficiente para atravessá-las e fugir do aniquilamento que imperava no caos pós-Big Bang. Isso explicaria a abundância de matéria escura hoje no Universo.

Fortes candidatas

Até hoje, as melhores candidatas a componentes da matéria escura eram as Partículas Massivas de Interação Fraca (Weakly Interacting Massive Particles, ou WIMPs ). Porém, nada foi achado. Segundo o terceiro autor do estudo, Joachim Kopp, “nosso trabalho, portanto, motiva a extensão das buscas de matéria escura para massas mais pesadas.”

Long acredita ser possível que as bolhas surgidas no alvorecer do Universo possam ter deixado rastros pelo cosmos, resultantes da colisão entre elas, na forma de ondas gravitacionais, que poderiam ser capturados por interferômetros na Terra.

"Se a matéria escura for uma nova partícula, então há uma boa chance de podermos detectá-la, estudá-la e aprender algo novo e profundo sobre o Universo”, disse o físico Michael Baker.

Matéria escura teria se formado no caos borbulhante pós-Big Bang