Novo estudo sugere que ondas gravitacionais podem ter criado a matéria escura.

Um novo estudo sugere que ondulações tênues e antigas no espaço-tempo podem conter a chave para um dos maiores mistérios da física. 

Ondas gravitacionais tênues da infância do universo podem conter pistas sobre como a matéria escura se formou. Crédito: Shutterstock

Ondas gravitacionais podem ter desempenhado um papel na criação da matéria escura durante os primeiros momentos do universo, de acordo com um novo estudo do Professor Joachim Kopp da Universidade Johannes Gutenberg de Mainz (JGU) e do Cluster de Excelência PRISMA++, em colaboração com a Dra. Azadeh Maleknejad da Universidade de Swansea .

Publicado na revista Physical Review Letters , o estudo apresenta novos cálculos que descrevem uma forma até então inexplorada de formação da matéria escura, envolvendo as chamadas ondas gravitacionais estocásticas .

Este trabalho aborda uma questão central na física de partículas: do que constitui o universo. Objetos do cotidiano, como planetas, estrelas e organismos vivos, são compostos de matéria visível, mas esta representa apenas cerca de quatro por cento do cosmos. O restante é em grande parte invisível, constituído de matéria escura e energia escura.

A matéria escura, por si só, representa cerca de 23% do universo. Observações mostram que ela está espalhada por todo o espaço, moldando galáxias e as maiores estruturas cósmicas. Apesar de sua ampla influência, as partículas fundamentais que compõem a matéria escura permanecem desconhecidas. Os cientistas continuam a investigar esse mistério por meio de modelos teóricos e buscas experimentais.

Um novo método para formação de partículas

Ondas gravitacionais são ondulações no espaço-tempo tipicamente produzidas por eventos extremamente energéticos, como colisões entre buracos negros ou estrelas de nêutrons. Em contraste, ondas gravitacionais estocásticas surgem de uma gama de processos que não envolvem objetos astronômicos massivos.

Essas ondas mais fracas contribuem para um sinal de fundo que preenche o universo. Muitas delas remontam aos estágios iniciais da história cósmica. Elas podem ter se formado durante eventos como transições de fase da matéria à medida que o universo esfriava após o Big Bang quente , ou a partir de campos magnéticos primordiais.

“Neste artigo, investigamos a possibilidade de ondas gravitacionais – que se acredita terem sido onipresentes no início do universo – serem parcialmente convertidas em partículas de matéria escura”, explicou Kopp. “Isso leva a um novo mecanismo de produção de matéria escura que não havia sido pesquisado antes.”

Das Ondas às Partículas

Os pesquisadores propõem que as ondas gravitacionais podem ter produzido férmions sem massa ou quase sem massa. Os férmions incluem partículas conhecidas como elétrons, prótons e nêutrons.

Segundo o modelo deles, essas partículas primordiais ganharam massa posteriormente e evoluíram para a matéria escura que ainda existe hoje.

“O próximo passo no desenvolvimento desta linha de pesquisa é ir além de nossas estimativas analíticas e realizar cálculos numéricos para aprimorar a precisão de nossas previsões. Outra via para pesquisas futuras é a investigação de possíveis efeitos adicionais das ondas gravitacionais no universo primordial. Um exemplo disso seria um mecanismo que pudesse explicar a conhecida diferença entre partículas e antipartículas produzidas”, disse Kopp.

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