Cientistas propõem que partículas de matéria escura se moviam perto da velocidade da luz logo após o Big Bang, desafiando a visão de longa data da matéria escura fria. Esta origem quente permite que as partículas esfriem a tempo para formar galáxias. As descobertas vêm de pesquisadores da University of Minnesota e da Université Paris-Saclay.
Por décadas, a teoria predominante sustentou que a matéria escura devia ser fria e de movimento lento quando se separou da intensa radiação do universo primordial, um processo chamado congelamento. Esse comportamento lento é visto como crucial para se aglomerar e construir galáxias e estruturas cósmicas. No entanto, um novo estudo publicado na Physical Review Letters questiona essa suposição ao examinar a fase de realquecimento pós-inflacionária, quando o Universo se encheu rapidamente de partículas após o fim da inflação cósmica. Os pesquisadores, incluindo Stephen Henrich, aluno de pós-graduação na School of Physics and Astronomy da University of Minnesota, juntamente com os professores Keith Olive da mesma instituição e Yann Mambrini da Université Paris-Saclay, argumentam que a matéria escura poderia ter se formado como partículas ultrarrelativísticas — extremamente quentes e rápidas. «A matéria escura é famosa por ser enigmática. Uma das poucas coisas que sabemos sobre ela é que precisa ser fria», disse Henrich. «Como resultado, nas últimas quatro décadas, a maioria dos pesquisadores acreditou que a matéria escura deve ser fria quando nasce no universo primordial. Nossos resultados recentes mostram que isso não é o caso; na verdade, a matéria escura pode nascer vermelha como brasa, mas ainda ter tempo para esfriar antes que as galáxias comecem a se formar.» Anteriormente, candidatos a matéria escura quente como neutrinos de baixa massa foram rejeitados porque suas altas velocidades teriam suavizado as distribuições de matéria, impedindo a formação de estruturas. «O candidato mais simples à matéria escura (um neutrino de baixa massa) foi descartado há mais de 40 anos porque teria apagado estruturas do tamanho de galáxias em vez de semeá-las», explicou Olive. O novo modelo mostra que o realquecimento fornece tempo suficiente para essas partículas desacelerarem à medida que o Universo se expande, transformando efetivamente a matéria escura quente na variedade fria necessária para a formação de galáxias. Olhando para o futuro, a equipe pretende investigar métodos de detecção, como colisores de partículas, experimentos de espalhamento e observações astronômicas. «Com nossas novas descobertas, poderemos acessar um período na história do Universo muito próximo ao Big Bang», observou Mambrini. Este trabalho amplia as possibilidades para as origens e interações da matéria escura.