Depois de quase um século de especulação, propostas e buscas por matéria escura, os físicos agora sabem que ela atualmente compreende cerca de 27% da massa-energia do universo, com uma abundância mais de cinco vezes maior que a da matéria comum como você, oceanos e exoplanetas.
A maior parte da matéria no universo é escura. Em grandes escalas, é frio e não colide com nada que reconhecemos e, portanto, é chamado de "matéria escura fria". Muitos candidatos foram propostos que poderiam explicar a estrutura em larga escala do universo, mas nenhum foi estabelecido por experimentos.
Mas em escalas menores, a matéria escura pode ser diferente e pode deixar assinaturas diferentes, especialmente no início do universo. Claro, esses são mais difíceis de observar.
Bárions como prótons e nêutrons também estavam no início do universo, e seus efeitos devem ser distinguidos de qualquer matéria escura que estivesse presente; ambos afetariam a formação de estruturas menores.
Existe uma série de discrepâncias nas distâncias galácticas e subgalácticas, e não se sabe se todas essas discrepâncias podem ser explicadas pela física dos bárions, mantendo o cenário da matéria escura fria. Em escalas de comprimento de um megaparsec ou menos e escalas de massa menores que 100 bilhões de massas solares, isso não foi fácil de fazer.
Um grupo liderado por Jo Verwohlt, da Universidade de Copenhague, na Dinamarca, mostrou agora que existe uma maneira de desvendar a matéria escura usando uma linha profundamente desviada para o vermelho no espectro de hidrogênio, das primeiras estrelas e galáxias agora na extremidade mais distante do universo. Seu trabalho aparece na revista Physical Review D.
Algumas ideias sobre a matéria escura propõem que ela interage com a radiação escura, também conhecida como eletromagnetismo escuro ou fótons escuros. À medida que os fótons são trocados em forças eletromagnéticas, a radiação escura mediaria as interações entre as partículas de matéria escura.
Assim como a matéria escura, a radiação escura não interagiria com as outras forças do Modelo Padrão, a força fraca e a força forte. Não se sabe se existe radiação escura; Um candidato é um neutrino estéril, se existir.
A radiação escura poderia ter aquecido o denso universo primitivo, já que a radiação escura quente interagiu com a matéria escura, aumentando sua temperatura. O aquecimento pode ter sido suficiente para que grandes concentrações de matéria escura formassem "halos de matéria escura", regiões hipotéticas nas quais a matéria escura está gravitacionalmente ligada e se desacoplou da expansão do universo, unida localmente e se expandindo como um todo, muito parecido com galáxias e aglomerados hoje.
Esses halos resistiriam temporária e repetidamente ao colapso gravitacional, ciclos que são chamados de "oscilações acústicas escuras" - acústicos porque são flutuações na densidade, assim como as ondas sonoras são flutuações na densidade do ar ou de algum outro fluido.
Esses ciclos de matéria escura teriam morrido rapidamente, mas primeiro teriam afetado o início do "amanhecer cósmico", quando as primeiras galáxias de matéria comum se formaram a partir do gás primordial que foi atraído para os halos.
Verwohlt e sua equipe exploraram "quão bem poderíamos medir as propriedades da matéria escura usando o espectro de potência de 21 cm em z > 10". ("z" é um parâmetro de desvio para o vermelho que os astrônomos usam para denotar a rapidez com que outro objeto ou região está se afastando de nós devido à expansão cósmica, o efeito Doppler que inclui velocidades relativísticas. A região onde z = 10 está se expandindo a 99,8% da velocidade da luz para longe da Terra.)
As condições em torno do amanhecer cósmico afetariam a luz de 21 cm. (A luz de 21 cm é emitida quando um átomo de hidrogênio neutro, com um próton e um elétron, faz a transição de um estado com ambas as partículas tendo seus spins na mesma direção para um estado em que o spin do elétron é oposto ao spin do próton inalterado, a chamada transição hiperfina spin-flip.)
No início, haveria uma absorção líquida (ou emissão) dos fótons de 21 cm da radiação cósmica de fundo pelos átomos de hidrogênio neutro no meio entre as galáxias.
"Assim, a evolução do sinal de 21 cm (tanto global quanto flutuantes) pode ser usada para inferir a presença de amortecimento de matéria escura em pequenas escalas", escreveram eles.
Eles usaram uma "teoria eficaz da formação de estruturas", que permite que a formação da estrutura cosmológica seja determinada em quase todos os modelos microfísicos da matéria escura, e modelos de outros processos físicos para vincular o sinal de 21 cm à densidade da taxa de formação de estrelas.
O resultado final descobriu que o radiotelescópio HERA, na África do Sul, precisaria de quase um ano e meio para observar a linha desviada para o vermelho de 21 centímetros para determinar se existem oscilações acústicas escuras e distinguir entre vários modelos escuros diferentes.
🔹 MAIS INFORMAÇÕES: Jo Verwohlt et al, Separando oscilações acústicas escuras da astrofísica na madrugada cósmica, Physical Review D (2024). DOI: 10.1103/PhysRevD.110.103533. No arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2404.17640
🌏 Créditos/fonte/Publicação: por David Appell, Phys.or
Nenhum comentário:
Postar um comentário