03/01/2023 - 7:50
A matéria escura poderia ser composta de fótons escuros ultraleves que aqueceram nosso universo. Esse é um novo cenário proposto em um estudo publicado recentemente na revista Physical Review Letters. Essa hipótese, dizem os autores, está em concordância com as observações feitas pelo Espectrógrafo de Origem Cósmica (COS, na abreviatura em inglês) a bordo do Telescópio Espacial Hubble, que faz medições da “teia cósmica”, a complexa e tênue rede de filamentos que preenche o espaço entre galáxias.
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Os dados coletados pelo COS sugerem que os filamentos intergalácticos cósmicos são mais quentes do que as previsões de simulações hidrodinâmicas do modelo padrão de formação de estruturas.
“Como os fótons escuros seriam capazes de se converter em fótons de baixa frequência e aquecer as estruturas cósmicas”, explicam os cientistas, “eles poderiam muito bem explicar a informação experimental”. O estudo foi realizado por pesquisadores da Escola Internacional de Estudos Avançados (SISSA, na Itália) em colaboração com pesquisadores das universidades de Tel Aviv (Israel), Nottingham (Reino Unido) e Nova York (EUA).
Bons candidatos
“Os fótons escuros são novas partículas hipotéticas que são os portadores de força para uma nova força no setor escuro, assim como o fóton é o portador de força para o eletromagnetismo”, explicaram os autores do estudo James S. Bolton (Universidade de Nottingham), Andrea Caputo (CERN, da França, e Universidade de Tel Aviv), Hongwan Liu (Universidade de Nova York) e Matteo Viel (SISSA).
“Ao contrário do fóton, no entanto, eles podem ter massa. Em particular, o fóton escuro ultraleve – com uma massa tão pequena quanto 20 ordens de magnitude menor que a do elétron – é um bom candidato para a matéria escura.”
Espera-se também que fótons escuros e fótons regulares se misturem como os diferentes tipos de neutrinos, permitindo que a matéria escura de fótons escuros ultraleves se converta em fótons de baixa frequência. Esses fótons vão aquecer a teia cósmica, mas, ao contrário de outros mecanismos de aquecimento, baseados em processos astrofísicos, como a formação estelar e os ventos galácticos, esse processo de aquecimento é mais difuso e eficiente também em regiões pouco densas.
O elemento que falta
Matteo Viel explicou: “Normalmente, os filamentos cósmicos têm sido usados para sondar propriedades de pequena escala da matéria escura, enquanto neste caso usamos pela primeira vez os dados do meio intergaláctico de baixo desvio para o vermelho como um calorímetro, para verificar se todos os processos de aquecimento que nós sabemos são suficientes para reproduzir os dados. Descobrimos que não é o caso: falta algo, que modelamos como uma contribuição produzida pelo fóton escuro”.
O trabalho identificou a massa e a mistura do fóton escuro com o fóton do Modelo Padrão necessária para reconciliar a discrepância entre observações e simulação. Esse esforço poderia levar a mais investigações teóricas e observacionais a fim de explorar a empolgante possibilidade de que o fóton escuro pudesse constituir a matéria escura.
