De acordo com um novo estudo realizado pelo Professor Joachim Kopp da Universidade Johannes Gutenberg Mainz (JGU) e pelo PRISMA++ Cluster of Excellence, em colaboração com o Dr. Azadeh Maleknejad da Universidade de Swansea, as ondas gravitacionais podem desempenhar um papel fundamental na criação de matéria escura nos primeiros momentos do Universo. Publicado em Carta de revisão físicaA pesquisa introduz novos cálculos que apontam para um processo até então desconhecido no qual as chamadas ondas gravitacionais estocásticas podem dar origem à matéria escura.
Este trabalho aborda uma das maiores questões sem resposta na física de partículas. Tudo o que vemos, incluindo os planetas, as estrelas e a vida na Terra, é feito de matéria visível, mas representa apenas 4% do universo. Grande parte do universo, composto de matéria escura e energia escura, permanece invisível. Só a matéria escura representa cerca de 23% do universo.
As observações mostram que a matéria escura está espalhada pelo espaço, moldando galáxias e as maiores estruturas cósmicas. Apesar do seu enorme impacto, os cientistas ainda não sabem do que é feita a matéria escura. Numerosas teorias e experimentos estão em andamento para descobrir sua verdadeira natureza.
Um novo caminho para ondas gravitacionais e formação de partículas
Ondas gravitacionais são ondas no espaço-tempo produzidas por alguns dos fenômenos mais poderosos do universo, como colisões entre buracos negros ou estrelas de nêutrons. No entanto, nem todas as ondas gravitacionais provêm de eventos tão dramáticos. Um tipo diferente, conhecido como ondas gravitacionais estocásticas, surge de processos que não envolvem objetos massivos.
Estas ondas são muito mais fracas e fazem parte do sinal de fundo que preenche o universo. Muitos deles são muito antigos, datando dos primeiros estágios após o Big Bang. Eles podem ter se formado em momentos-chave da história cósmica, inclusive durante o resfriamento do universo ou durante transições de fase do campo magnético primordial.
“Neste artigo, investigamos a possibilidade de ondas gravitacionais – que se acredita terem sido onipresentes no universo primitivo – serem parcialmente transformadas em partículas de matéria escura”, explicou Kopp. “Isto leva a um novo processo de produção de matéria escura que não foi estudado antes”.
Das ondas do universo primitivo às partículas de matéria escura
O estudo sugere que estas primeiras ondas gravitacionais podem ter criado férmions que inicialmente tinham pouca ou nenhuma massa. Os férmions são uma ampla classe de partículas que inclui exemplos familiares, como elétrons, prótons e nêutrons. Segundo os investigadores, estes primeiros férmions ganharam massa mais tarde e podem ter evoluído para as partículas de matéria escura que existem hoje.
O que vem a seguir para esta teoria
“O próximo passo no desenvolvimento desta linha de pesquisa é ir além de nossas suposições analíticas e realizar cálculos numéricos para melhorar a precisão de nossas previsões. Outro caminho para pesquisas futuras é investigar mais efeitos possíveis de ondas gravitacionais no universo primitivo. Um exemplo disso seria um sistema que é responsável pela diferença que produz o bem conhecido e sem partes Koppelless.
