Pesquisas recentes indicam que formas simples de matéria do universo primitivo podem ser detectáveis por meio de ondas gravitacionais, o que também pode explicar a natureza da matéria escura. Crédito: SciTechDaily.com
Pesquisas recentes indicam que formas simples de matéria do universo primitivo podem ser detectáveis através de ondas gravitacionaiso que também poderia explicar a natureza da matéria escura.
Essas descobertas oferecem um avanço potencial tanto na detecção de ondas gravitacionais quanto na identificação de componentes da matéria escura.
As ondas gravitacionais, ondulações no espaço-tempo previstas por Einstein há quase um século, foram detectadas pela primeira vez em 2015. Um novo estudo liderado por Yanou Cui, professor associado de física e astronomia na Universidade da Califórnia, Riverside, mostra que formas muito simples de matéria podem criar fundos de ondas gravitacionais detectáveis logo após a Big Bang.
“Este mecanismo de criação de fundos de ondas gravitacionais detectáveis pode lançar luz sobre o intrigante sinal de onda gravitacional recentemente capturado por observatórios de cronometragem de pulsar”, disse Cui. “Outra implicação emocionante é que a mesma forma de matéria pode ser identificada como matéria escura, a substância misteriosa que se acredita compor a maior parte da massa do universo, que tem intrigado os cientistas por décadas.”
O estudo, publicado em Cartas de revisão físicaabre caminho para descobrir uma nova física fundamental usando o maior laboratório: o próprio universo. Nas perguntas e respostas a seguir, Cui responde a algumas perguntas sobre a pesquisa:
O que são essas formas tão simples de matéria?
A forma simples da matéria é um tipo de matéria de campo escalar ultraleve. Escalar significa que a matéria não tem rotação interna (spin) e se assemelha ao bóson de Higgs. Essas formas de matéria são muito leves, cada uma com massa de um milionésimo ou até mesmo um bilionésimo da massa de um elétron. Por causa de sua massa muito pequena, elas agem mais como ondas do que partículas e permeiam o universo.
As ondas gravitacionais precisam ter intensidade alta o suficiente, análoga às ondas eletromagnéticas, para que os experimentos atuais sejam sensíveis o suficiente para capturá-las. Além disso, elas precisam estar nas faixas de frequência às quais esses experimentos são sensíveis; até agora, apenas certas faixas de frequência de ondas gravitacionais podem ser detectadas devido a limitações tecnológicas.
Essas formas simples de matéria geram um fundo de radiação detectável de ondas gravitacionais logo após o Big Bang e em nenhum outro momento?
Sim, as ondas gravitacionais são geradas durante uma era em que a taxa de expansão do universo está em torno da massa do campo escalar. Ela pararia além deste ponto, pois a produção de partículas seria encerrada em algum ponto pelo mecanismo interno. Quando digo logo após o Big Bang, ainda é uma fração de segundo depois disso. Muito depois do Big Bang, pode haver produção de GW de fontes astrofísicas, como buraco negro fusões, observadas pelo Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser.
Por que essas formas simples de matéria não eram conhecidas até agora?
Eles não interagem com a matéria conhecida de outras maneiras além da interação gravitacional superfraca. O sinal de onda gravitacional que demonstramos é a maneira de detectá-los. Mas se eles são matéria escura, nós os conhecemos pela evidência geral de matéria escura. Novamente, como eles interagem apenas gravitacionalmente com a matéria visível, que é muito fraca, não sabíamos muito sobre eles antes.
Você diz que seria emocionante identificar essa forma simples de matéria como matéria escura. É porque finalmente saberemos do que a matéria escura é feita?
Sim, este é um dos destaques. Mas também, é altamente não trivial produzir ondas gravitacionais detectáveis, e descobrimos que uma forma simples de matéria, possivelmente matéria escura, pode produzir tais ondas gravitacionais — uma realização teórica significativa. Além disso, como mencionado antes, o intrigante pulsar a descoberta do tempo no ano passado pode ser explicada por esse mecanismo.
Referência: “Sinfonia de Ondas Gravitacionais de Campos Escalares de Espectadores Oscilantes” por Yanou Cui, Pankaj Saha e Evangelos I. Sfakianakis, 11 de julho de 2024, Cartas de revisão física.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.021004