p A matéria escura e a energia escura podem ter causado a inflação, a expansão exponencial do universo momentos após o Big Bang. Um novo modelo cosmológico proposto por físicos da Universidade de Varsóvia, o que explica a inflação negra, é o primeiro a delinear uma cronologia precisa dos principais eventos durante o início da história do nosso universo. O modelo faz uma previsão espetacular - que deveria ser possível detectar ondas gravitacionais formadas apenas frações de segundo após a criação do espaço-tempo. p O que sabemos sobre a evolução do universo imediatamente após o Big Bang? Apesar da extensa pesquisa realizada ao longo de décadas, os modelos cosmológicos atuais ainda não delineiam uma cronologia precisa dos eventos. Pesquisadores da Faculdade de Física da Universidade de Varsóvia (UW Physics) desenvolveram um novo modelo no qual a expansão exponencial da matéria escura e da energia escura desempenha um papel fundamental. O modelo de inflação escura organiza a história térmica do universo em ordem cronológica e prevê que logo seremos capazes de detectar ondas gravitacionais primordiais formadas imediatamente após o Big Bang.

p A estrutura mais antiga do universo que podemos estudar hoje é a radiação cósmica de fundo em micro-ondas (CMB). Esta relíquia eletromagnética remonta a cerca de 380, 000 anos após o Big Bang e é surpreendentemente homogêneo, mesmo em regiões tão distantes uma da outra que a luz não poderia cobrir a distância entre eles no tempo disponível. Em 1979, Alan Guth propôs a inflação como uma explicação simples para essa uniformidade:As vastas distâncias atuais entre as regiões homogêneas são tão grandes porque, ao mesmo tempo, houve uma expansão extremamente rápida do espaço-tempo, ampliando um bilhão de bilhões de bilhões de vezes em apenas frações de segundo. Diz-se que isso foi impulsionado por um campo de inflação hipotético e partículas conhecidas como inflatons.

p "O problema fundamental com a inflação é que não sabemos exatamente quando ocorreu, ou em que níveis de energia. A gama de energias nas quais a inflação poderia ter ocorrido é vasta, estendendo-se por mais de 70 ordens de magnitude, "explica o Prof. Zygmunt Lalak (UW Physics). Ele acrescenta:“A inflação é descrita como um período de expansão super-resfriada. No entanto, para que os modelos cosmológicos sejam consistentes, seguindo a inflação, o universo deveria ter passado por um reaquecimento a uma temperatura muito alta, e não temos ideia de como ou quando isso pode ter ocorrido. Assim como a própria inflação, estamos lidando com energias em um intervalo de 70 ordens de magnitude. Como resultado, a história térmica do universo ainda não foi descrita. "

p Medidas de radiação CMB via satélite Planck têm sido usadas para estimar a composição do universo contemporâneo. Acontece que a energia escura compreende até 69 por cento de toda a energia / matéria existente, com a matéria escura compreendendo 26% e a matéria comum apenas 5%. A matéria escura e a matéria comum não interagem de forma alguma, ou suas interações são tão fracas que estamos apenas começando a notar o impacto gravitacional da matéria escura no movimento das estrelas em galáxias e galáxias em aglomerados. A energia escura deve ser um fator responsável pela expansão acelerada do universo.

p “Nosso modelo de inflação é significativamente diferente dos propostos no passado. Partimos do pressuposto de que, desde hoje, matéria escura e energia escura compreendem até 95 por cento da estrutura do universo, então, os dois fatores também devem ter sido extremamente importantes imediatamente após o Big Bang. É por isso que descrevemos o setor escuro do universo como responsável pelo processo de inflação, "explica o Dr. Michal Artymowski (UW Physics), autor principal do artigo publicado no Journal of Cosmology and Astroparticle Physics .

p No modelo proposto, a inflação é impulsionada por um campo escalar. As propriedades do campo significam que a inflação não é permanente e deve chegar ao fim - em algum ponto, a taxa de expansão do universo começará a diminuir em vez de acelerar. No ponto desta mudança, novas partículas relativísticas são formadas, comportando-se da mesma maneira que a radiação. Algumas dessas partículas são descritas pelo Modelo Padrão, enquanto outros podem corresponder a partículas previstas por teorias além do Modelo Padrão, como supersimetria.

p "Em nossos modelos, as novas partículas são o resultado da gravitação, que é uma força muito fraca. O processo de formação de partículas é ineficaz, e no final da inflação, inflatons continuam a dominar o universo, "diz Olga Czerwinska, Ph.D. estudante da UW Physics.

p A fim de recriar o domínio observado de radiação no universo, os inflatons devem perder energia rapidamente. Os pesquisadores propõem dois mecanismos físicos que podem ser responsáveis ​​pelo processo. Eles revelam que o novo modelo prevê o curso dos eventos da história térmica do universo com uma precisão muito maior do que antes.

p As previsões do modelo a respeito das ondas gravitacionais primordiais são especialmente interessantes. As ondas gravitacionais são vibrações do próprio espaço-tempo, e eles já foram detectados várias vezes. Em cada caso, sua fonte foi a fusão de um par de buracos negros ou estrelas de nêutrons. Os modelos cosmológicos atuais prevêem que as ondas gravitacionais também devem aparecer como resultado da inflação. Contudo, todas as evidências sugeriam que as vibrações do espaço-tempo causadas pela inflação seriam tão fracas que nenhum detector existente ou futuro seria capaz de registrá-las. Essas previsões foram revisadas quando físicos da Universidade de Varsóvia levaram em consideração os efeitos do setor escuro do universo.

p "As ondas gravitacionais perdem energia como radiação. No entanto, os inflatons devem perdê-lo significativamente mais rápido. Se a inflação envolvesse o setor escuro, a entrada de ondas gravitacionais aumentou proporcionalmente. Isso significa que os traços das ondas gravitacionais primordiais não são tão fracos como pensávamos originalmente, "acrescenta o Dr. Artymowski.

p As estimativas do físico de Varsóvia são otimistas. Os dados sugerem que as ondas gravitacionais primordiais podem ser detectadas por observatórios atualmente em fase de projeto ou em construção, como o Deci-Hertz Interferometer Gravitational Wave Observatory (DECIGO), Antena Espacial de Interferômetro Laser (LISA), European Pulsar Timing Array (EPTA) e Square Kilometer Array (SKA). Os primeiros eventos poderão ser detectados na próxima década. Para cosmologistas, esta seria uma descoberta sem precedentes, pavimentando o caminho para a pesquisa de eventos gravitacionais que ocorreram imediatamente após o Big Bang - um período até então impossível de estudar.

p O modelo da inflação escura tem outro aspecto fascinante:é altamente dependente da teoria gravitacional. Ao comparar as previsões do modelo com os dados coletados por observatórios gravitacionais, cosmologistas deveriam ser capazes de fornecer novas verificações da teoria geral da relatividade de Einstein. O que acontece se eles encontrarem discrepâncias? Isso significaria que os dados observacionais fornecem as primeiras informações sobre as propriedades da gravidade real.