Nova hipótese sobre a matéria escura muda tudo o que se sabe sobre o Universo

Uma pesquisa disponível no servidor de pré-impressão arXiv.org, que aguarda revisão de pares, propõe que a matéria escura não pode ser muito pesada, caso contrário, poderia destruir o modelo atual que usamos para entender o Universo. 

A matéria escura, até agora uma das maiores incógnitas da física, é uma possível explicação para fenômenos cósmicos injustificáveis com a matéria visível apenas.

Diversos comportamentos estranhos são observados no cosmos. As estrelas, por exemplo, giram rapidamente nas galáxias, e as próprias galáxias se movem em grande velocidade dentro dos aglomerados. Além disso, estruturas no Universo crescem e evoluem de maneira extremamente rápida. No entanto, se considerarmos apenas a matéria que conseguimos observar diretamente, a gravidade gerada por essa matéria não seria suficiente para justificar esses movimentos. 

O que é matéria escura

De acordo com a teoria mais aceita, a matéria escura seria uma substância massiva, eletricamente neutra e que raramente interage com a matéria comum. Ela representa a maior parte da massa do Universo, superando em muito a matéria visível. 

Embora a presença dessa matéria seja amplamente aceita, sua natureza ainda é desconhecida, já que experimentos para detectá-la falharam até agora. Esses experimentos tentaram identificar colisões raras entre partículas de matéria escura, concentrando-se em uma faixa de massa específica: entre 10 e 1.000 giga-elétron-volts (GeV), uma unidade de energia usada em física. Essa faixa foi escolhida porque partículas pesadas, como o bóson W e o quark top, estão nessa região.

Como nada foi detectado até agora, a hipótese de que a matéria escura possa ser mais leve ou mais pesada começou a ser considerada. A nova pesquisa destaca que, se a matéria escura for muito pesada, ela pode causar problemas em nosso modelo atual.

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Expansão do Universo influenciou interação entre as matérias

Nos primeiros momentos do Universo, quando o cosmos estava mais quente e denso, as interações entre matéria escura e matéria normal eram frequentes. À medida que o Universo se expandia e esfriava, essas interações diminuíam, e a matéria escura “congelava”, ficando praticamente inerte.

Pesquisadores descobriram que, quando a matéria escura interage com partículas normais, ela faz isso por meio de um mecanismo envolvendo o bóson de Higgs, uma partícula fundamental que se relaciona com praticamente todas as outras. 

A massa do bóson de Higgs é de cerca de 125 GeV. Segundo o estudo, se a matéria escura tiver uma massa muito maior que isso, ela poderia afetar a massa do Higgs de uma maneira que não corresponde ao observado no experimento. Isso causaria grandes discrepâncias em nosso modelo, o que implicaria que as interações entre partículas seriam completamente desfeitas.

Existem algumas maneiras de contornar essa limitação. Talvez a matéria escura não interaja com a matéria regular ou talvez essa interação aconteça por algum mecanismo exótico, que não envolva o Higgs. No entanto, essas possibilidades são bem raras e exigem ajustes complicados.

Outra possibilidade é que a matéria escura seja mais leve do que se imaginava. Se as partículas pesadas não forem uma boa explicação, cientistas podem buscar por partículas mais leves, como os áxions, que são previstas por alguns modelos da física de partículas e poderiam ser uma alternativa interessante para a matéria escura. Experimentos futuros podem ser ajustados para procurar essas partículas mais leves, caso as novas descobertas confirmem essa interpretação.

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