Segundo Estudo de Astrofísicos dos EUA e da Suécia, Big Bang Escuro Poderia Explicar a Origem da Matéria Escura
Olá leitores e leitoras do BS!
Segue abaixo uma curiosa notícia postada ontem (07/03), no site ‘Inovação Tecnológica’, destacando que segundo os estudos de
dois Astrofísicos, Katherine Freese
(Universidade do Texas de Austin) e Martin Winkler (Universidade de Estocolmo), a existência de um Big Bang Escuro (basicamente uma segunda grande explosão que teria ocorrida
até cerca de um mês depois do Big Bang
tradicional) poderia ter dado origem a todo o Setor Escuro do Universo (Matéria Escura), esse mesmo que
não conseguimos detectar. Saibam mais
sobre essa notícia pela matéria abaixo.
Brazilian Space
ESPAÇO
Big Bang Escuro Pode Explicar Origem da Matéria Escura
Redação do Site Inovação Tecnológica
07/03/2023
[Imagem: The Institute of Statistical
Mathematics/NAOJ]
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| A proposta essencialmente cria duas cosmologias, cada uma
dando origem a uma "face" do Universo, que se conversam apenas por
meio da força da gravidade. |
Big Bang Escuro
E se o Universo
tiver surgido não de um, mas de dois Big Bangs, um claro e outro escuro?
A teoria cosmológica padrão, a mais aceita hoje entre os
cientistas, propõe que o Universo começou com uma grande explosão, chamada Big
Bang, que, 13,7 bilhões de anos depois, resultou em 73% de energia escura,
23% de matéria escura e apenas 4% de átomos da matéria comum, aqueles de que
tudo é feito, das galáxias e estrelas às bactérias e vírus.
Como todas as tentativas de detectar a matéria escura e a
energia escura falharam, dois astrofísicos decidiram adicionar um novo
ingrediente radical para as teorias: um Big Bang Escuro.
Basicamente seria uma segunda grande explosão, ocorrida
até cerca de um mês depois do Big Bang tradicional, que teria dado origem a
todo o setor
escuro do Universo, esse que não conseguimos detectar.
E Katherine Freese (Universidade do Texas de Austin) e
Martin Winkler (Universidade de Estocolmo), os dois proponentes da ideia,
garantem que há meios de testar essa sua hipótese por meios observacionais.
"Enquanto a matéria escura escapa da detecção direta
e indireta, o Big Bang Escuro dá origem a impressionantes assinaturas de ondas
de gravidade a serem testadas em experimentos de matrizes de temporização de
pulsares. Além disso, o Big Bang Escuro permite realizações de auto-interação
e/ou matéria escura quente, o que sugere potenciais descobertas emocionantes em
futuras observações de estruturas em pequena escala," escreveu a dupla.
A matriz de temporização de pulsar a que os pesquisadores
se referem consiste na observação de um conjunto de pulsares em busca de
correlações nos tempos de chegada de seus pulsos luminosos. Uma das muitas
aplicações desta técnica envolve a detecção e análise de ondas gravitacionais
[Imagem: Freese & Winkler -
10.48550/arXiv.2302.11579]
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| Comparação entre os efeitos do Big Big tradicional, ou quente (esquerda), e do proposto Big Bang Escuro, ou frio (direita). |
Duas Criações, Uma Clara e Outra Escura
O modelo cosmológico padrão é conhecido como Lambda-CDM,
onde a letra grega lambda (λ) representa a constante
cosmológica, o valor atual da aceleração da expansão do Universo, e CDM é a
sigla em inglês para matéria escura fria, onde "fria" significa que
se trata de uma matéria não-termalizada, que não emite radiação e não interage
com nada - seus efeitos só são sentidos pela gravidade.
Nesse modelo, cerca de 20 minutos após Big Bang ocorreu
um fenômeno chamado nucleossíntese,
quando os primeiros prótons e nêutrons deram origem aos primeiros átomos da
matéria comum, ou bariônica - nesse período foram essencialmente formados o
hidrogênio e o hélio.
Mas esse modelo não possui um processo descritivo do
surgimento da matéria escura e da energia escura. É um grande hiato, uma vez
que, o que quer que sejam elas, ambas dominam amplamente o Universo atual (96%
da massa), mas só as detectamos por seus efeitos gravitacionais.
A ideia dos dois físicos é desacoplar a origem dos
setores "claro", a matéria comum, e "escuro", a matéria e a
energia escuras.
"Não há nenhuma razão genuína para uma origem comum
dos elementos visíveis e da matéria escura além da simplicidade. De fato, embora
a presença de fótons e bárions em estágios muito iniciais esteja bem
estabelecida pela bem-sucedida teoria da nucleossíntese primordial, não existem
provas de matéria escura antes do momento em que as escalas observáveis
entraram no horizonte (em temperaturas keV do Universo) e o impacto da matéria
escura nas primeiras estruturas começou a se manifestar. Além disso - apesar de
buscas experimentais excessivas ao longo de décadas - nenhuma interação não
gravitacional direta entre matéria visível e matéria escura foi
detectada," justificou a dupla
[Imagem: Cortesia www.grandunificationtheory.com]
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| Alguns cientistas defendem que o Big Bang é um dogma científico, enquanto outros propõem que ele também deu origem a um AntiUniverso, onde tudo funciona ao contrário. |
Big Bang Quente e Big Bang Escuro
Com esse desacoplamento entre as origens da matéria comum
e da matéria escura, a dupla propõe que o Big Bang tradicional, que eles passam
a chamar de Big Bang Quente, deu origem apenas à matéria comum e à radiação
visível.
"No entanto, embora o setor escuro seja frio no
início, ele contém uma pequena quantidade de energia de vácuo que inicialmente
é altamente subdominante, com comparação com a densidade de radiação do
Universo. Como a energia do vácuo não apresenta desvio
para o vermelho, a contribuição do vácuo escuro pode se tornar significativa
em um estágio posterior do Universo, embora nunca domine a densidade de energia
do Universo. Quando o vácuo escuro finalmente decai em um transição de fase
escura, ele pode induzir quantidades significativas de matéria escura e,
possivelmente, radiação escura," propõe a dupla.
E essa transição de fase escura, envolvendo a colisão de
bolhas de vácuo, deve ter gerado quantidades significativas de ondas
gravitacionais, que poderiam ser detectadas em comprimentos de onda muito
curtos, na faixa dos nano-Hertz ou menores.
Para que tudo possa resultar no Universo atual, os
pesquisadores calculam que o Big Bang Escuro deve ter acontecido em uma
estreita janela temporal, que vai logo após a ocorrência do Big Bang Quente até
cerca de um mês depois, o que corresponderia a um desvio para o vermelho de z =
3 x 106.
Embora existam inúmeras propostas para fechar os hiatos
da nossa compreensão do Universo, incluindo muitas que tentam descartar
de vez a ideia do Big Bang, esta tem o grande mérito de oferecer pelo menos
duas técnicas para sua verificação experimental, envolvendo a detecção direta
das ondas gravitacionais ou sua análise por meio das matrizes de temporização
dos pulsares.
Bibliografia:
Artigo: Dark
Matter and Gravity Waves from a Dark Big Bang
Autores:
Katherine Freese, Martin Wolfgang Winkler
Revista:
Physical Review D
DOI:
10.48550/arXiv.2302.11579
Artigo: Have
pulsar timing arrays detected the hot big bang: Gravitational waves from strong
first order phase transitions in the early Universe
Autores:
Katherine Freese, Martin Wolfgang Winkler
Revista: arXiv
DOI:
10.1103/PhysRevD.106.103523
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