Em mais uma tentativa de desvendar a origem do excesso de gravidade do Universo, dois investigadores do Dartmouth College, nos Estados Unidos, propuseram uma ligação inesperada: a formação de pares entre partículas sem massa pouco depois do Big Bang.
O enigma da matéria escura e a gravidade “a mais”
Há décadas, tornou-se desconcertantemente evidente que as contas não fecham: a quantidade de massa visível no Universo não explica a forma como as galáxias giram. As observações apontam para aglomerados de matéria que não conseguimos ver e que se movem lentamente. Esse “algo” ganhou o nome de matéria escura.
Mesmo com investigadores refinando, aos poucos, a lista de características desse lado frio e silencioso da física, a identidade e a origem da matéria escura continuam fora de alcance.
A proposta de Guanming Liang e Robert Caldwell: de “luz” a grumos de matéria escura
Os físicos Guanming Liang e Robert Caldwell imaginam um cosmos recém-nascido, extremamente quente, repleto de partículas sem massa disparando a altíssima velocidade - um tipo de matéria que se parece mais com a luz do que com “pedaços” frios e escuros.
Com o passar do tempo, partículas nesse nevoeiro de material muito energético teriam colidido e arrefecido. Nesse processo, acabariam por adquirir a massa necessária para explicar a fonte invisível de gravidade do Universo.
"Isso é totalmente o oposto do que se pensa que a matéria escura seja - são grumos frios que dão massa às galáxias", diz Caldwell.
"A nossa teoria tenta explicar como ela passou de ser luz a ser grumos."
O Universo há 13,7 bilhões de anos
Há cerca de 13,7 bilhões de anos, quando todo o Universo estava comprimido num espaço que caberia facilmente numa pequena fresta entre os dentes, uma verdadeira festa quântica acontecia. Partículas de todos os tipos atravessavam aquele ambiente, chocando-se e “se esfregando” por falta de espaço para se deslocar.
De acordo com o modelo de Nambu e Jona-Lasinio de síntese de núcleons, uma classe específica dessas partículas - os férmions de Dirac - poderia formar pares de maneira muito parecida com a forma como eletrões se unem para criar pares de Cooper em supercondutores.
Embora a física por trás desse comportamento seja complexa (mesmo para os padrões da mecânica quântica), as consequências podem ser relevantes para o crescimento cosmológico, da inflação cósmica à expansão posterior. Ainda assim, essas ideias costumam partir do pressuposto de que a temperatura nesse cenário se manteve relativamente equilibrada.
O que muda ao considerar desequilíbrios térmicos
Liang e Caldwell perguntaram-se o que ocorreria se outras propriedades térmicas do processo entrassem no cálculo. E se um desequilíbrio na formação de pares entre alguns férmions de Dirac hipotéticos e muito energéticos levasse essas partículas a converter a sua energia extrema em massa, “congelando-as” na prática?
O resultado seria algo como transformar uma nuvem de trovoada numa tempestade de granizo.
"A parte mais inesperada do nosso modelo matemático foi a queda brusca de energia que faz a ponte entre a energia densa em alta concentração e a baixa energia em forma de grumos", afirma Liang.
O próprio facto de os pares de Cooper existirem entre eletrões sugere que não seria preciso recorrer a comportamentos exóticos para explicar o aparecimento dessas partículas lentas associadas à matéria escura. Além disso, a hipótese também pode ajudar a esclarecer para onde foi tanta energia no Universo primordial.
"As estruturas ganham massa devido à densidade da matéria escura fria, mas também tem de existir um mecanismo no qual a densidade de energia caia para perto do que vemos hoje", diz Liang.
"O modelo matemático da nossa teoria é realmente bonito porque é bastante simples - não é preciso acrescentar um monte de coisas ao sistema para que funcione."
Como testar a hipótese no fundo cósmico de micro-ondas
Ser simples é uma coisa; demonstrar é outra. Ao contrário de muitas propostas sobre a identidade do material misterioso chamado matéria escura, esta teoria pode ser colocada à prova com dados que já existem.
A transição de partículas quentes, solitárias e sob alta pressão para “casamentos” frios e lentos deixaria uma marca no fundo cósmico de micro-ondas - o brilho de radiação, hoje distorcido, que tem ricocheteado pelo Universo desde os seus primeiros instantes.
Certos indícios observados no fundo cósmico de micro-ondas contariam como pontos a favor de que esses férmions sejam, pelo menos, uma das fontes de matéria escura.
"É empolgante", diz Caldwell. "Estamos a apresentar uma nova forma de pensar sobre - e possivelmente identificar - a matéria escura."
Esta investigação foi publicada na revista Cartas de Revisão Física.
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