Embora abundante, ela não pode ser vista, coletada, analisada, mas está lá – o efeito gravitacional que a matéria escura tem é tão grande que foi possível estimar que represente 80% da massa do Universo. Uma investigação sobre como isso aconteceu pode fornecer pistas sobre qual é e qual é o seu papel no equilíbrio cósmico.
“A matéria escura é uma coleção de partículas elementares? Em caso afirmativo, quais são as propriedades dessas partículas? Que forças agem e quais interações experimentam? Quando foi criada a matéria escura e quais estruturas desempenharam um papel importante em sua formação?” disse o astrofísico Andrew Long, da Rice University, co-autor do estudo, que agora está publicado em Cartas de revisão física.
O consenso é que surgiu após Grande explosão, um evento que gerou nosso Universo; mas como isso aconteceu? Long e vários físicos Michael Baker da Universidade de Melbourne e Joachim Kopp da Universidade Johannes Gutenberg em Mainz se concentraram nisso.
Sopa de bolha
O tempo e o Universo ainda não contaram os nanossegundos e as partículas foram criadas, que colidem e se destroem – o caos diante do cosmos, que na época era uma sopa primordial incrivelmente quente e espessa de partículas elementares energia extremamente alto.
Conforme o Universo começou a se expandir e o plasma começou a esfriar, a produção de novas partículas parou. Aqueles que existiam pararam de cair, e aqueles que sobreviveram ao início infernal do cosmos são as chamadas “relíquias térmicas” – prótons, nêutrons e tudo o mais que compõe a matéria.
A hipótese imaginada por Long e outros físicos é: e se a matéria escura consistisse em partículas – elas próprias, “relíquias térmicas”?
Eles nasceriam de plasma quente que, quase imediatamente após o Big Bang, mudava de estado conforme mudava a água ou o ferro – de um estado para outro, solidificando-se por evaporação ou liquefação. Os três cientistas imaginaram que bolhas de plasma resfriadas se formaram abruptamente em uma sopa primordial extremamente quente no espaço inicial, expandindo-se e finalmente fundindo-se, em um processo contínuo até que todo o universo começasse a esfriar e se expandir.
“À medida que essas bolhas se expandem através do espaço, elas agem como filtros que separam as partículas de matéria escura do plasma. Portanto, a quantidade de matéria escura que medimos no espaço hoje é um resultado direto dessa filtração nas primeiras frações de segundo após o Big Bang”, disse Long.
Segundo ele, as paredes das bolhas de plasma permitiriam que apenas partículas de matéria escura com massa (e energia) passassem por elas e evitaria a destruição que reinou no caos após o Big Bang. Isso explicaria a abundância de matéria escura no universo hoje.
Candidatos fortes
Até o momento, os melhores candidatos para componentes da matéria escura têm sido partículas massivas ou WIMPs de interação fraca. No entanto, nada foi encontrado. De acordo com o terceiro autor do estudo, Joachim Kopp, “nosso trabalho, portanto, motiva a expansão da pesquisa de matéria escura para massas mais pesadas”.
Long acredita ser possível que as bolhas que surgiram na aurora do Universo possam ter deixado vestígios no cosmos em decorrência de colisões entre elas, na forma de ondas gravitacionais, que poderiam ser capturadas por interferômetros na Terra.
“Se a matéria escura é uma nova partícula, então há uma grande chance de que possamos descobri-la, estudá-la e aprender algo novo e profundo sobre o Universo”, disse o físico Michael Baker.