Nova teoria sobre a origem da matéria escura: um ‘Big Bang’ obscuro?

A matéria escura, que compõe cerca de 85% de toda a matéria do universo, continua sendo um dos maiores mistérios da cosmologia. Apesar de sua influência gravitacional ser inegável, sua natureza e origem permanecem desconhecidas. A incapacidade de detectá-la diretamente, mesmo com métodos altamente sensíveis, tem levado pesquisadores a repensar suas teorias sobre sua formação.

Um estudo teórico de Cosmin Ilie e Richard Casey, da Colgate University, sugere uma alternativa ao modelo convencional: a matéria escura não teria surgido junto com a matéria bariônica no Big Bang, mas sim em um evento posterior, um ‘Big Bang Escuro’. Esta hipótese propõe um setor escuro, essencialmente desconectado do nosso setor visível, interagindo apenas por meio da gravidade. “As WIMPs continuam a escapar da detecção, tornando-se cada vez mais importante considerar setores escuros fortemente desacoplados do setor visível“, escreveram os autores do novo estudo, publicado no Physical Review D.

A ideia de um ‘Big Bang Escuro’ não é inteiramente nova. Katherine Freese e Martin Winkler, da University of Texas at Austin, já haviam proposto um conceito semelhante em 2023, sugerindo que este evento teria ocorrido cerca de um mês após o Big Bang original. Neste cenário, partículas de matéria escura surgiriam do decaimento de um campo quântico que se acopla apenas ao setor escuro – um conjunto hipotético de partículas e forças além do nosso conhecimento atual da física.

Ilie e Casey aprofundaram essa teoria, explorando sua viabilidade e testando uma gama de cenários de ‘Big Bang Escuro’ compatíveis com os dados experimentais existentes. Seu trabalho reforça a hipótese inicial, não apenas confirmando a possibilidade de um ‘Big Bang Escuro’, mas também avaliando exaustivamente as diferentes maneiras pelas quais tal evento poderia ter se desenrolado. Entre suas descobertas, os pesquisadores revelaram um conjunto previamente inexplorado de parâmetros potenciais para o surgimento da matéria escura e estabeleceram opções para testar ainda mais este conceito.

Uma das possibilidades de comprovação, segundo Ilie, seria a detecção de ondas gravitacionais geradas por esse evento cósmico. “Detectar ondas gravitacionais geradas pelo Big Bang Escuro poderia fornecer evidências cruciais para esta nova teoria da matéria escura“, afirma Ilie em entrevista à Colgate University, disponível online. Ele também se mostra otimista quanto às possibilidades de comprovação da teoria:

“Com experimentos atuais como o International Pulsar Timing Array (IPTA) e o Square Kilometer Array (SKA) no horizonte, em breve podemos ter as ferramentas para testar este modelo de maneiras sem precedentes“, completa Ilie.

A detecção de um fundo de ondas gravitacionais, anunciada em 2023 pela colaboração de pesquisa NANOGrav – que faz parte do IPTA – e descrita em seu relatório de 2023, disponível online, representa um avanço significativo na busca por evidências que possam corroborar a teoria do ‘Big Bang Escuro’, abrindo caminho para pesquisas futuras que podem finalmente lançar um pouco de luz sobre a matéria escura.