A Colaboração NANOGrav recentemente capturou os primeiros sinais de ondas gravitacionais de frequência muito baixa. O Prof. Pedro Schwaller e Wolfram Ratzinger analisaram os dados e, em particular, considerou a possibilidade de se isso pode apontar para uma nova física além do modelo padrão. Em artigo publicado na revista SciPost Physics , eles relatam que o sinal é consistente tanto com uma transição de fase no universo primitivo quanto com a presença de um campo de partículas semelhantes a axions (ALPs) extremamente leves. Os últimos são considerados candidatos promissores para a matéria escura.

As ondas gravitacionais abrem uma janela para o início do universo. Embora o fundo cósmico de micro-ondas onipresente não forneça pistas sobre os primeiros 300, 000 anos do nosso universo, eles fornecem alguns vislumbres do que aconteceu durante o Big Bang. "É exatamente esse universo primitivo que é tão empolgante para os físicos de partículas, "explica Pedro Schwaller, Professor de Física Teórica no PRISMA + Cluster of Excellence da Johannes Gutenberg University Mainz (JGU). "Este é o momento em que as partículas elementares como quarks e glúons estão presentes, e então se combinam para formar os blocos de construção dos núcleos atômicos. "

O especial sobre as ondas gravitacionais que a Colaboração NANOGrav detectou pela primeira vez é que elas têm uma frequência muito baixa de 10 ^-8 Hertz, o que equivale a aproximadamente uma oscilação por ano. Devido ao seu comprimento de onda correspondentemente grande, para detectá-los, qualquer detector também teria que ser igualmente grande. Como tal detector não é possível aqui na Terra, os astrônomos do NANOGrav usam pulsares distantes e seus sinais de luz como grandes detectores.

Wolfram Ratzinger descreve a motivação por trás de seu trabalho:"Mesmo que até agora os dados apenas nos forneçam um primeiro indício da existência de ondas gravitacionais de baixa frequência, ainda é muito empolgante para nós trabalhar com eles. Isso ocorre porque essas ondas podem ser produzidas por vários processos que ocorreram no início do universo. Agora podemos usar os dados que já temos para decidir, quais delas são levadas em consideração e quais não se enquadram nos dados de forma alguma. "

Como resultado, os cientistas baseados em Mainz decidiram dar uma olhada particularmente de perto em dois cenários que poderiam ter causado as ondas gravitacionais observadas:Transições de fase no universo inicial e um campo de matéria escura de partículas extremamente leves semelhantes a axions (ALPs). Transições de fase como essas ocorrem devido à queda de temperatura na sopa primordial após o Big Bang e resultam em turbulências massivas - no entanto, como a matéria escura, eles não são cobertos pelo modelo padrão.

Com base nos dados disponíveis, Pedro Schwaller e Wolfram Ratzinger interpretam os resultados da sua análise com relativa cautela:"Talvez um pouco mais provável seja o cenário de transição de fase inicial." Por outro lado, os dois físicos acreditam que o fato de serem capazes de desenvolver certas possibilidades com base apenas em dados limitados prova o potencial de sua abordagem. "Nosso trabalho é inédito, mas um desenvolvimento importante - nos dá muita confiança de que, com dados mais precisos, podemos tirar conclusões confiáveis ​​sobre a mensagem que as ondas gravitacionais estão nos enviando do universo primitivo. "

"Além disso, “Pedro Schwaller conclui, "já podemos começar a definir certas características dos cenários e restringi-los, em nosso caso, a força da transição de fase e a massa dos axions. "