A matéria escura, que os pesquisadores acreditam representar cerca de 80% da massa do universo, é um dos mistérios mais esquivos da física moderna. O que exatamente é e como ela veio a ser é um mistério, mas um novo estudo da Universidade Johns Hopkins agora sugere que a matéria escura pode ter existido antes do Big Bang.
O estudo, publicado em Physical Review Letters, apresenta uma nova ideia de como a matéria escura nasceu e como identificá-la com observações astronômicas.
“O estudo revelou uma nova conexão entre física de partículas e astronomia. Se a matéria escura consiste em novas partículas que nasceram antes do Big Bang, elas afetam a forma como as galáxias são distribuídas no céu de uma maneira única. Essa conexão pode ser usada para revelar sua identidade e tirar conclusões sobre os tempos antes do Big Bang também”, diz Tommi Tenkanen, pós-doutorando em Física e Astronomia na Universidade Johns Hopkins e autor do estudo.
Embora pouco se saiba sobre suas origens, astrônomos têm mostrado que a matéria escura desempenha um papel crucial na formação de galáxias e aglomerados de galáxias. Embora não diretamente observáveis, os cientistas sabem que a matéria escura existe pelos seus efeitos gravitacionais sobre a forma como a matéria visível se move e é distribuída no espaço.
Por um longo tempo, os pesquisadores acreditaram que a matéria escura deve ser uma substância remanescente do Big Bang. Pesquisadores têm buscado por muito tempo este tipo de matéria escura, mas até agora todas as buscas experimentais têm sido mal sucedidas.
“Se a matéria escura fosse verdadeiramente um remanescente do Big Bang, então em muitos casos os pesquisadores já deveriam ter visto um sinal direto de matéria escura em diferentes experimentos de física de partículas”, diz Tenkanen.
Usando uma nova e simples estrutura matemática, o estudo mostra que a matéria escura pode ter sido produzida antes do Big Bang durante uma era conhecida como inflação cósmica, quando o espaço estava se expandindo muito rapidamente. Acredita-se que a rápida expansão leva à produção copiosa de certos tipos de partículas chamadas escalares. Até agora, apenas uma partícula escalar foi descoberta, o famoso bóson de Higgs.
“Nós não sabemos o que é a matéria escura, mas se ela tem algo a ver com qualquer partícula escalar, ela pode ser mais velha do que o Big Bang. Com o cenário matemático proposto, não temos que assumir novos tipos de interações entre matéria escura e visível além da gravidade, que já sabemos que está lá”, explica Tenkanen.
Enquanto a ideia que a matéria escura existia antes do Big Bang não é nova, outros teóricos não têm sido capazes de chegar a cálculos que apoiem a ideia. O novo estudo mostra que os pesquisadores sempre negligenciaram o cenário matemático mais simples possível para as origens da matéria escura, diz ele.
O novo estudo também sugere uma maneira de testar a origem da matéria escura observando as assinaturas que a matéria escura deixa na distribuição da matéria no Universo.
“Embora este tipo de matéria escura seja muito elusivo para ser encontrado em experimentos de partículas, ele pode revelar sua presença em observações astronômicas. Em breve aprenderemos mais sobre a origem da matéria escura quando o satélite Euclid for lançado em 2022. Vai ser muito emocionante ver o que ele vai revelar sobre a matéria escura e se seus achados podem ser usados para entrar nos tempos antes do Big Bang”.
