Um dos mistérios mais profundos da física, conhecido como tensão de Hubble, pode ser explicado por uma forma há muito desaparecida da matéria escura.
A tensão de Hubble, como a Live Science relatou anteriormente, refere-se a uma crescente contradição na física: o universo está se expandindo, mas medições diferentes produzem resultados diferentes para a rapidez com que isso está acontecendo. Os físicos explicam a taxa de expansão com um número, conhecido como constante de Hubble (H0). H0 descreve um tipo de mecanismo que separa as coisas por longas distâncias em todo o universo. De acordo com a Lei de Hubble (onde a constante se originou), quanto mais longe algo está de nós, mais rápido ele se move.
E existem duas maneiras principais de calcular H0. Você pode estudar as estrelas e galáxias que podemos ver e medir diretamente a rapidez com que estão se afastando. Ou você pode estudar o fundo cósmico de microondas (CMB), um brilho posterior do Big Bang que preenche todo o universo e codifica informações importantes sobre sua expansão.
Como as ferramentas para realizar cada uma dessas medidas se tornaram mais precisas, ficou claro que a medição CMB e as medições diretas de nosso universo local produzem respostas incompatíveis.
Os pesquisadores ofereceram explicações diferentes para a disparidade, desde problemas com as próprias medições até a possibilidade de vivermos em uma “bolha” de baixa densidade dentro do universo maior. Agora, uma equipe de físicos está sugerindo que o universo pode ter mudado fundamentalmente entre o tempo após o Big Bang e hoje. Se uma forma antiga de matéria escura decaísse da existência, essa perda teria mudado a massa do universo; e com menos massa, haveria menos gravidade mantendo o universo unido, o que teria impacto na velocidade com que o universo se expande – levando à contradição entre o CMB e as medidas diretas da taxa de expansão do universo.
Um componente quente
Houve um tempo, décadas atrás, em que os físicos suspeitavam que a matéria escura pudesse estar “quente” – percorrendo o universo quase à velocidade da luz, disse Dan Hooper, chefe do Grupo de Astrofísica Teórica do Laboratório Acelerador Nacional Fermi, na Batávia, Illinois e co-autor do novo artigo. Mas, em meados da década de 1980, eles estavam convencidos de que esse material invisível que compõe a maior parte da massa do universo provavelmente é mais lento e “frio”. Os físicos se referem ao modelo do universo amplamente aceito como Lambda-CDM, para “Cold Dark Matter”.
Ainda assim, Hooper disse à Live Science, a idéia de matéria escura “quente” – uma forma de matéria escura que se situa em algum lugar entre os modelos quente e frio – ainda recebe alguma tração no mundo da física. Alguns físicos especulam que a matéria escura é feita de “neutrinos estéreis”, por exemplo, partículas fantasmagóricas teóricas que mal interagem com a matéria. Essa matéria escura hipotética seria muito mais quente do que os modelos Lambda-CDM típicos permitem, mas não quente.
“Outra possibilidade é que a maior parte da matéria escura seja fria, mas talvez uma parte esteja quente. E em nosso artigo, as coisas quentes nem são as que estão por aí hoje. São coisas criadas no início do universo e depois milhares ou dezenas de milhares de anos, começou a decair. Tudo já passou “, disse Hooper.
Essa massa perdida de matéria escura representaria uma parte significativa da massa total do universo quando ela existia, levando a uma taxa de expansão diferente quando a CMB se formou logo após o Big Bang. Agora, bilhões de anos depois, já teria passado muito tempo. E todas as estrelas e galáxias que podemos medir se afastariam de nós a velocidades determinadas pela massa atual do universo.
“Quando você mede a constante local do Hubble, está realmente medindo essa coisa: está medindo a rapidez com que as coisas se afastam umas das outras, está medindo a velocidade com que o espaço está se expandindo”, disse Hooper. Porém, converter os dados do CMB em uma taxa de expansão requer o uso de um modelo, como o Lambda-CDM. “Então, se você obtém medidas diferentes das medidas locais e da CMB, talvez esse modelo esteja errado.”
As medições locais – medições da região do espaço perto o suficiente da Terra para os astrônomos medirem com precisão a velocidade e a distância de objetos individuais – não exigem modelos cosmológicos para interpretar, portanto são vistas como mais diretas e robustas.
Alguns pesquisadores ainda sugeriram que pode haver problemas com nossas medidas do universo local. Mas a maioria das tentativas de resolver a tensão do Hubble envolve ajustar o Lambda-CDM de alguma forma. Geralmente, eles acrescentam algo ao modelo que muda como o universo se expande ou evolui. Hooper disse que este documento é mais um passo adiante.
“Não vou dar a impressão de que tudo é ótimo”, disse ele. “Não é uma concordância perfeita entre os dados, de forma alguma. Mas torna a tensão menos severa – não conheço nenhuma solução para isso, além de ‘as medições estão erradas’, que reduz a tensão [tanto quanto você precisaria resolver completamente o problema] “.
Radiação escura
A proposta original de Hooper para seus colaboradores no papel não envolvia matéria escura quente, disse ele. Em vez disso, ele imaginou uma segunda forma perdida de matéria escura e fria. Mas quando começaram a testar essa idéia, ele disse, descobriram que essa matéria escura extra-fria estava estragando toda a estrutura do universo. Estrelas e galáxias se formaram de maneiras que não combinavam com o que vemos ao nosso redor no universo hoje. Eles concluíram que a forma decaída e perdida de matéria escura precisava ser quente para se encaixar nas observações.
O novo artigo não determina de que partículas a matéria escura perdida pode ser composta, mas sugere fortemente que a matéria escura quente pode ter sido composta por neutrinos estéreis – partículas que outros físicos também acreditam que provavelmente existem por aí.
“É definitivamente a coisa que requer o menor número de fadas dos dentes para dar certo”, disse Hooper. “Mas existem outras possibilidades.”
Seja o que for, deve ter se transformado em algo ainda mais exótico e debilmente interagindo quando se deteriorou. A matéria não pode simplesmente parar de existir; tem que se transformar em outra coisa. Se essa outra coisa fosse distribuída de forma diferente pelo universo ou interagisse de maneira diferente com outras partículas do universo, isso mudaria a forma como o universo se expandia.
“Então estaríamos cercados por um banho dessa radiação escura”, disse Hooper. “Nós já estamos cercados por um banho de neutrinos, então isso seria um pouco mais desse tipo de coisa. Algum tipo de banho que preenche o universo hoje de formas muito, muito inertes de matéria”.
Por enquanto, os pesquisadores não têm métodos para investigar esse tipo de radiação oculta, disse Hooper, então a idéia permanece especulativa. O artigo foi publicado no banco de dados arXiv em 13 de abril.
Publicado em 29/04/2020 21h59
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