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Tal como a antiga questão sobre o que existe para além do cosmos observável, a investigação sobre o que existia antes do BigBang – o momento que marcou o nascimento do espaço, do tempo e da matéria há 13,8 mil milhões de anos – continua a ser um dos mistérios mais profundos da física moderna. Em palestra de 2017, o renomado físico teórico DavidTong enfatizou que o termo “BigBang” é um nome impróprio, pois transmite a imagem de uma simples explosão quando, na verdade, não temos conhecimento empírico do que precedeu a singularidade.

No centro deste quebra-cabeça está a própria singularidade:um ponto onde toda a massa e energia do universo seriam comprimidas em um volume infinitesimal, resultando em densidade infinita e extensão espacial zero. Embora a singularidade seja também uma marca registrada do interior dos buracos negros, as condições exatas que deram origem à expansão do Universo ainda são desconhecidas.

Nas últimas décadas, algumas hipóteses procuraram preencher esse vazio. Em 2008, a análise da radiação cósmica de fundo em micro-ondas (CMB) — o ténue brilho residual do BigBang — sugeriu que as flutuações primordiais da temperatura poderiam sugerir uma “bolha” originária de um universo pré-existente. Um artigo de 2018 em Physical Review Letters por LathamBoyle, KieranFinn e NeilTurok avançaram a ideia de um universo espelhado e contrário que existia antes do BigBang. Trabalhos mais recentes postularam até um intervalo fugaz entre a singularidade e o BigBang, durante o qual o Universo sofreu uma explosão de rápida expansão que poderia gerar a matéria escura que observamos hoje.

O que aconteceu antes do BigBang?

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Embora ainda não possamos definir o estado do cosmos no instante do seu nascimento, a cosmologia fornece uma imagem notavelmente precisa dos primeiros momentos do universo. Medindo a taxa de expansão e extrapolando para trás, inferimos que o universo já foi condensado em uma singularidade – um estado de densidade e temperatura infinitas. A temperatura no momento do BigBang é estimada em 1,8×10³²°F (10²⁶K), um número que ressalta as condições extremas então prevalecentes.

Como, então, poderia alguma coisa pré-existir a um universo que supostamente começou com uma singularidade? A resposta está na evolução da própria estrutura do BigBang. O modelo padrão descreve uma fase inflacionária rápida – uma fração de segundo durante a qual o universo se expandiu mais rápido que a luz – imediatamente após a singularidade. Desenvolvimentos teóricos recentes sugerem que esta época inflacionária pode ser ela própria uma transição de uma fase anterior, oferecendo uma janela para o mundo pré-BigBang.

Inflação cósmica e uma era pré-BigBang

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A inflação cósmica foi articulada pela primeira vez no início da década de 1980 por AlanGuth, AlexeiStarobinsky, AndreiLinde e KatsuhikoSato. A teoria propõe que uma breve expansão exponencial ocorreu antes do BigBang canônico, suavizando a geometria do universo e imprimindo as anisotropias sutis que agora observamos na CMB. A evidência de flutuações no superhorizonte – variações de temperatura que excedem o horizonte causal – apoia a existência de uma fase inflacionária pré-BigBang, uma vez que não podem ser produzidas apenas pela física pós-inflacionária padrão.

Estas descobertas estabelecem as bases para considerar se formas exóticas de matéria, como a matéria escura, poderiam ter-se originado durante este intervalo.

Matéria escura como remanescente pré-BigBang

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A matéria escura constitui cerca de 85% da massa total do Universo, mas escapa à detecção direta porque não emite nem absorve radiação eletromagnética. A sua influência gravitacional, no entanto, é evidente nas curvas de rotação galáctica e na formação de estruturas em grande escala.

Em um estudo de 2024 publicado em Physical Review Letters , KatherineFreese, GabrieleMontefalcone e BarmakShamsEsHaghi, da Universidade do Texas, Austin, introduziram o modelo de “inflação quente via congelamento ultravioleta” (WIFI). Esta estrutura propõe que a matéria escura foi produzida durante a própria época inflacionária, através de interações minúsculas entre o campo do ínflaton e um banho térmico gerado pela decadência do ínflaton em radiação.

Freese explicou num comunicado de imprensa:"Na maioria dos modelos, qualquer partícula criada durante a inflação é diluída pela expansão exponencial. O mecanismo WIFI, no entanto, permite que a matéria escura seja gerada in situ e sobreviva à diluição inflacionária."

Implicações do modelo WIFI

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Embora o cenário WIFI seja matematicamente complexo, oferece uma narrativa convincente:a matéria escura poderia ter sido forjada no calor do universo primitivo, pouco antes do BigBang, e persistiria até hoje. Além disso, o modelo prevê uma eficiência na produção de matéria escura que ultrapassa os mecanismos convencionais de congelamento, resolvendo potencialmente as tensões entre a densidade observada da matéria escura e as expectativas da física das partículas.

“Além da matéria escura, o WIFI sugere uma aplicabilidade mais ampla à geração de outras partículas relíquias que podem ter desempenhado papéis fundamentais na formação do universo primitivo”, observou ShamsEsHaghi. “Esses insights abrem novos caminhos tanto para investigação teórica quanto para pesquisas experimentais.”

À medida que a investigação prossegue, as próximas observações — como as do Telescópio Espacial James Webb e as experiências da próxima geração da CMB — poderão fornecer os dados necessários para confirmar ou refutar a hipótese WIFI, reescrevendo potencialmente a nossa compreensão dos primeiros momentos do Universo.