Novos modelos do Big Bang mostram que o universo visível e a matéria escura invisível co-evoluíram
Pesquisadores da Northeastern University mostraram que nosso universo visível e nossa matéria escura invisível provavelmente co-evoluíram desde a época do Big Bang. Crédito:Pixabay/CC0 Domínio Público Os físicos há muito teorizam que o nosso universo pode não estar limitado ao que podemos ver. Ao observar forças gravitacionais em outras galáxias, eles levantaram a hipótese da existência de “matéria escura”, que seria invisível às formas convencionais de observação.
Pran Nath, professor de física da Matthews Distinguished University na Northeastern University, diz que “95% do universo é escuro, é invisível aos olhos”.
“No entanto, sabemos que o Universo escuro existe devido à sua atração gravitacional sobre as estrelas”, diz ele. Além da gravidade, a matéria escura nunca pareceu ter muito efeito no universo visível.
No entanto, a relação entre estes domínios visíveis e invisíveis, especialmente quando o universo se formou, permaneceu uma questão em aberto.
Agora, Nath diz que há evidências crescentes de que esses dois reinos supostamente distintos, na verdade, co-evoluíram.
Através de uma série de modelos de computador, Nath e Ph.D. O candidato Jinzheng Li descobriu que os setores visível e oculto, como os chamam, provavelmente co-evoluíram nos momentos após o Big Bang, com profundas repercussões na forma como o universo se desenvolveu a partir de então.
Nath diz que houve um tempo em que alguns físicos efetivamente descartaram esse setor oculto, já que podemos explicar a maior parte do que acontece no visível – isto é, se nossos modelos podem retratar com precisão o que podemos ver acontecendo ao nosso redor, por que se preocupar em tentar medir algo que não tem efeito discernível?
“A questão é:qual é a influência do setor oculto no setor visível?” Nath pergunta. "Mas o que nos importa? Podemos explicar tudo."
Mas não podemos explicar tudo, afirma Nath. Existem anomalias que parecem não se enquadrar no chamado “Modelo Padrão” do universo.
Que os setores visíveis e ocultos estejam mutuamente isolados é um equívoco, diz Nath, baseado na suposição “de que os setores visíveis e ocultos evoluíram independentemente um do outro”. Nath quer virar essa suposição de cabeça para baixo.
Em um artigo publicado na Physical Review D , "Condições iniciais do Big Bang e matéria escura oculta de auto-interação", em coautoria com Li, Nath quer perguntar o que ele chama de "a questão mais importante:como sabemos que eles evoluíram independentemente?"
Para testar esta suposição, Nath e a sua equipa “introduziram algumas interações débeis” entre os dois setores nos seus modelos do Big Bang. Essas escassas interações não seriam suficientes para afetar o resultado de, digamos, experimentos com aceleradores de partículas, "mas queríamos ver quais seriam os efeitos no setor visível como um todo", diz Nath, "desde a época do Grande Vá para a hora atual."
Mesmo com interações mínimas entre os dois setores, Nath e a sua equipa descobriram que a influência da matéria escura na matéria visível de que somos feitos poderia ter um grande impacto nos fenómenos observáveis.
A expansão de Hubble – que diz, nos termos mais simples, que as galáxias estão se afastando umas das outras e, portanto, que o universo está se expandindo – por exemplo, contém um diferencial “bastante sério” entre o que o Modelo Padrão prevê e o que foi observado. . Os modelos de Nath explicam parcialmente esta diferença.
Uma variável importante é a temperatura do setor oculto durante o Big Bang.
O setor visível, podemos ter certeza, começou muito quente no momento do Big Bang. À medida que o universo esfria, diz Nath, “o que vemos é o remanescente daquele período do universo”.
Mas ao estudar a evolução dos dois setores, Nath e a sua equipa conseguiram modelar ambas as condições – um setor oculto que começou quente e outro setor oculto que começou frio.
O que observaram foi surpreendente:apesar das diferenças significativas entre os modelos, com implicações importantes sobre a aparência do Universo nos tempos primitivos, tanto os modelos quentes como os frios eram consistentes com o sector visível que podemos observar hoje.
Por outras palavras, as nossas medições actuais do universo visível são insuficientes para confirmar de que lado o sector oculto caiu no início – quente ou frio.
Nath é rápido em apontar que, em vez de um fracasso do experimento, este é um exemplo de modelos matemáticos que ultrapassam nossas atuais capacidades experimentais.
Não é que a diferença entre um sector oculto quente ou frio não tenha qualquer influência no universo visível, mas sim que ainda não realizámos experiências com precisão suficientemente elevada. Nath menciona o Telescópio Webb como um exemplo da próxima geração de ferramentas que serão capazes de fazer observações tão precisas.
O objetivo final de todo esse trabalho de modelagem é fazer melhores previsões sobre o estado do universo, como tudo funciona e o que encontraremos quando olharmos cada vez mais profundamente para o céu noturno.
À medida que as nossas experiências ganham mais precisão, as questões incluídas nos modelos de Nath – o sector oculto era quente ou frio? – encontrarão as suas respostas, e esses modelos esclarecidos ajudarão a prever as soluções para questões cada vez mais profundas.
"Qual é o significado disso?" Nath pergunta. Os seres humanos, diz ele, “querem encontrar o seu lugar no universo”. E mais do que isso, “eles querem responder à pergunta:por que existe um universo?
"E estamos explorando essas questões. É a busca final dos seres humanos."
