Nova teoria, inflação secundária expande as opções para evitar um excesso de matéria escura

Dentro dos padrões normais cosmologia, isto é, a teoria do Big Bang com o seu período de crecimento exponencial conhecido como a inflação, que é o modelo científico predominante para o nosso universo, em que a totalidade do espaço-tempo inflou a partir de um ponto muito quente, muito denso em uma vastidão homogênea em constante expansão. Esta teoria é responsável por muitos dos fenômenos físicos que observamos. Mas não é que isso é tudo o que havia para ela ?

Uma nova teoria dos físicos dos Departamentos dos EUA de Brookhaven National Laboratory Energia, Fermi National Accelerator Laboratory, e Stony Brook University, que irá ser publicado em 18 de janeiro na Physical Review Letters, sugere um período inflacionário secundário mais curto que poderia explicar a quantidade de matéria escura estimada para existir em todo o cosmos.

“Em geral, uma teoria fundamental da natureza pode explicar certos fenômenos, mas nem sempre pode acabar dando a você o direito de saber quantidade de matéria escura”, disse Hooman Davoudiasl, líder de grupo de física de altas energias no Brookhaven National Laboratory e um dos autores no paper. ” Se você se deparar com muito pouca matéria escura, você pode sugerir outra fonte, mas se tiver demais também é um problema.”

A medição da quantidade de matéria escura no Universo não é tarefa fácil. Depois de tudo ela ainda é ”escura”, e por isso não interage de forma significativa com a matéria comum. No entanto, os efeitos gravitacionais da matéria escura podem dar aos cientistas uma boa idéia de quanta materia escura está lá fora. As melhores estimativas indicam que ela compõe cerca de 1/4 do orçamento da massa-energia do universo, enquanto a matéria comum que compõe estrelas, planetas, e nós, compreende apenas 5%. A matéria escura é a forma dominante de substância no universo, o que leva os físicos elaborar teorias e experimentos para explorar suas propriedades e entender como ela se originou.

Algumas teorias que explicam elegantemente as intrigantes esquisitices da física – por exemplo, a desmedida fraqueza de gravidade em comparação a outras interações fundamentais tais como a eletromagnética, e forças nucleares forte e fraca não podem ser totalmente aceitas porque elas prevêem mais matéria escura do que observações empíricas pode suportar.

Esta nova teoria resolve esse problema. Davoudiasl e seus colegas adicionaram uma etapa para os eventos comummente aceitos no início de espaço e tempo.

Na cosmologia padrão, a expansão exponencial do Universo chamada de inflação cósmica começou talvez tão cedo quanto 10-35 segundos após o início dos tempos, isto é um ponto decimal seguido de 34 zeros antes de um 1.

Esta expansão explosiva da totalidade do espaço-tempo durou apenas frações de uma fração de segundo, o que levou a um universo quente, seguido de um período de arrefecimento que tem continuado até os dia de hoje. Então, quando o Universo tinha apenas alguns segundos a minutos de idade, isto é, suficientemente frio para que se formassem os elementos mais leves. Entre esses etapas, pode ter havido outros intervalos inflacionários, disse Davoudiasl.

“Ele não teria sido tão grande ou tão violento como o inicial, mas eles poderiam ser responsáveis por uma diluição da matéria escura”, disse ele.

No início, quando as temperaturas subiram, passando de milhares de milhões de graus, em um volume relativamente pequeno de espaço, as partículas de matéria escura poderiam vagar de um lado para outro, e assim se aniquilando ao entrar em contato, transferindo sua energia em componentes padrão para partículas subatômicas, como elétrons e quarks. Mas como o universo continuou a se expandir e esfriando, as partículas de matéria escura se encontravam uma com as outras com menor freqüência, e a taxa de aniquilação não poderia manter-se com a taxa de expansão.

“Neste ponto, a abundância de matéria escura é agora cozida no bolo”, disse Davoudiasl. “Lembre-se, a matéria escura interage muito fracamente. Assim, uma significativa taxa de aniquilamento não pode persistir em baixas temperaturas. A auto-aniquilação de matéria escura se torna ineficiente bem mais cedo, e a quantidade de partículas de matéria escura é congelada.”

No entanto, a mais fraca das interações da matéria escura, isto é, a menos eficiente em aniquilação, no final seria maior a abundância de partículas de matéria escura. Como experimentos colocam restrições cada vez mais rigorosos sobre a força das interações de matéria escura, existem algumas teorias atuais que acabam superestimando a quantidade de matéria escura no universo.

Para trazer a teoria em alinhamento com as observações, Davoudiasl e seus colegas sugerem que outro período inflacionário teve lugar, alimentado por interações em um “setor escondido” da física. Este segundo, e mais suave, período de inflação, é caracterizado por um aumento rápido no volume, diluiria abundâncias de partículas primordiais, potencialmente deixando o Universo com a densidade de matéria escura que observamos hoje.

“Definitivamente não é norma da cosmologia padrão, mas você tem que aceitar que o Universo não pode ser regido por certas formas e padrões que pensávamos”, disse ele. “Mas nós não precisamos construir algo complicado. Vamos mostrar como um modelo simples pode atingir este curto período de inflação no início do Universo e estimar para a quantidade de matéria escura que acreditamos estar lá fora.”

Agora comprovar a teoria é outra coisa completamente diferente. Davoudiasl disse que pode haver uma maneira de olhar para, pelo menos, a mais fraca das interações entre o setor escondido e matéria comum.

“Se este período inflacionário secundário aconteceu, poderia ser caracterizado por energias ao alcance de experiências em aceleradores como: Colisor Relativístico de Íons Pesados (RHIC) e o Grande Colisor de Hádrons”, disse ele. Só o tempo dirá se os sinais de um setor escondido aparecer em colisões dentro desses aceleradores, ou em outras instalações experimentais.

Fonte: Phys

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