Durante décadas, a teoria prevalecente sustentou que a matéria escura – a substância invisível que constitui cerca de 85% da massa do Universo – estava “fria” logo após o Big Bang. Ou seja, as suas partículas constituintes moveram-se lentamente o suficiente para se aglomerarem através da gravidade, formando as galáxias e estruturas cósmicas maiores que observamos hoje. Novas pesquisas desafiam esta suposição, sugerindo que a matéria escura pode ter sido inicialmente incrivelmente quente, viajando a uma velocidade próxima da da luz antes de esfriar o suficiente para semear a formação galáctica.
A mudança na compreensão
O estudo, conduzido por investigadores da Universidade de Minnesota Twin Cities e da Universit’e Paris-Saclay, propõe que a matéria escura poderia ter-se “desacoplado” do plasma de alta energia do Universo primitivo enquanto ainda era ultrarelativista – movendo-se a velocidades extremas. Este cenário expande a gama de comportamentos possíveis para partículas de matéria escura, potencialmente abrindo portas para novos caminhos experimentais e observacionais.
A chave está no período de reaquecimento que se segue à rápida expansão do universo (inflação). Durante o reaquecimento, a energia da inflação é convertida em uma mistura quente de partículas e radiação. Sob condições específicas, os investigadores demonstram que a matéria escura criada nesta altura poderia ter nascido a velocidades próximas da da luz, mas ainda assim arrefecida o suficiente para corresponder à estrutura em grande escala do Universo.
Por que isso é importante
O modelo da “matéria escura fria” tem sido central para a nossa compreensão da cosmologia. Se estas novas descobertas se mantiverem, poderão remodelar a nossa busca pela própria matéria escura. Os actuais esforços de detecção baseiam-se em vários métodos – colisores de partículas, detectores subterrâneos e observações astrofísicas – todos baseados na ideia de que as partículas de matéria escura se movem relativamente lentamente.
Esta nuance também levanta questões teóricas mais profundas sobre as propriedades fundamentais da matéria escura e o seu papel na evolução cósmica.
“A matéria escura é notoriamente enigmática”, disse Stephen Henrich, estudante de graduação na Universidade de Minnesota. “Uma das poucas coisas que sabemos sobre ela é que precisa de estar fria… Os nossos resultados recentes mostram que não é esse o caso; na verdade, a matéria escura pode estar em brasa quando nasce, mas ainda tem tempo para arrefecer antes de as galáxias começarem a formar-se.”
O paradoxo da matéria escura “quente”
Historicamente, a ideia de “matéria escura quente” – partículas que se movem demasiado depressa para formar estruturas eficientemente – foi rejeitada. O neutrino de baixa massa, que já foi o principal candidato, foi descartado há décadas devido à sua tendência de destruir estruturas galácticas em vez de semeá-las.
No entanto, o novo estudo sugere que se a matéria escura tivesse sido produzida durante a caótica fase de reaquecimento do Big Bang, poderia ter arrefecido o suficiente para agir como “matéria escura fria”. Isto reabre possibilidades para candidatos a partículas anteriormente descartados.
Implicações Futuras
As descobertas da equipe, publicadas na revista Physical Review Letters, fornecem uma nova lente através da qual podemos ver os primeiros momentos do universo. Se confirmados, poderão desbloquear uma compreensão mais profunda das condições imediatamente após o Big Bang e refinar a nossa busca pela substância indescritível que molda o cosmos.
O trabalho da equipe de pesquisa poderá permitir aos cientistas acessar a história do universo muito próximo do Big Bang.
O estudo é intitulado: Ultrarelativistic Freeze-Out: A Bridge from WIMPs to FIMPs. Física. Rev. Lett 135, 221002; doi: 10.1103/zk9k-nbpj
