Cientistas da Universidade de Minnesota Twin Cities e da Universidade de Paris-Saclay estão questionando ideias de longa data sobre a matéria escura. As suas últimas descobertas sugerem que o material indescritível pode ter sido “extremamente quente” quando se formou – movendo-se quase à velocidade da luz, em vez de ser frio e lento, como os investigadores há muito supõem.
Este trabalho foi publicado em Cartas de revisão físicao principal jornal da American Physical Society. Ao revisitar a forma como a matéria escura surgiu no Universo primitivo, o estudo expande o leque de explicações possíveis sobre a origem da matéria escura e como interage com outras formas de matéria.
Desafiando a hipótese da matéria escura fria
Durante décadas, os cientistas pensaram que a matéria escura devia ser fria ao se separar da intensa radiação que enchia o jovem universo, um processo conhecido como congelamento. A matéria escura fria move-se lentamente, uma propriedade considerada crucial para a formação de galáxias e estruturas cósmicas de grande escala. Para revisitar esta hipótese, a equipe concentrou-se numa fase crítica, mas menos explorada, da história do universo, conhecida como fase de reaquecimento pós-expansão.
Durante o processo de reaquecimento, após o término da expansão do universo, o universo rapidamente se enche de partículas. Os investigadores estudaram como a matéria escura foi criada durante este período dinâmico e o que isso significou para o seu comportamento subsequente.
Por que a matéria escura quente já foi rejeitada
“O candidato mais simples para a matéria escura, o neutrino de baixa massa, foi descartado há mais de 40 anos porque aniquilaria estruturas do tamanho de galáxias em vez de semeá-las”, disse Keith Olive, professor da Escola de Física e Astronomia. “Os neutrinos tornam-se o principal exemplo de matéria escura quente, onde a formação de estruturas depende de matéria escura fria. Surpreendentemente, se um candidato semelhante foi criado quando o universo quente do Big Bang foi criado, poderia ter arrefecido ao ponto em que realmente agiu como matéria escura fria.”
No passado, partículas em movimento rápido, como os neutrinos, eram ignoradas porque as suas altas velocidades teriam suavizado a matéria no Universo primitivo, impedindo a formação de galáxias. Isso fez da matéria escura e fria a explicação mais utilizada por décadas.
resfriado a tempo de formar galáxias
Este novo estudo mostra que a matéria escura não precisa necessariamente começar a esfriar. Os pesquisadores mostraram que as partículas de matéria escura podem se separar de outras matérias enquanto ainda são ultrarelativísticas, ou extremamente quentes, e ainda lentas o suficiente antes que as galáxias comecem a se formar. A razão pela qual isto funciona está diretamente relacionada ao reaquecimento, que dá às partículas tempo suficiente para esfriarem à medida que o universo se expande.
“A matéria escura é notoriamente misteriosa. Uma das poucas coisas que sabemos sobre ela é que precisa de ser fria,” disse Stephen Henrich, estudante graduado na Escola de Física e Astronomia e principal autor do artigo. “Portanto, durante as últimas quatro décadas, a maioria dos investigadores presumiu que a matéria escura devia estar fria quando nasceu no universo primordial. Os nossos resultados recentes mostram que este não é o caso; na verdade, a matéria escura pode ter estado em brasa no nascimento, mas ainda teve tempo de arrefecer antes de as galáxias começarem a formar-se.”
Detecção de Outlook e o Universo Primitivo
A equipe planeja aproveitar esses resultados para explorar como detectar essas partículas de matéria escura. Os métodos possíveis incluem pesquisas diretas usando colisores de partículas ou experimentos de dispersão e detecção indireta por meio de observações astronômicas.
“Com as nossas novas descobertas, poderemos ser capazes de compreender um período da história do Universo muito próximo do Big Bang”, disse Yann Mambrini, professor da Universidade de Paris-Saclay, em França, e co-autor do artigo.
A investigação foi financiada pelo programa de investigação e inovação Horizonte 2020 da União Europeia, ao abrigo de um acordo de subvenção Marie Sklodowska-Curie.
