A matéria escura, a substância misteriosa que compõe um quarto da massa e energia do universo, pode ser feita de partículas extremamente pequenas e leves, sugerem novas pesquisas. Essa forma "confusa" de matéria escura - chamada assim porque os comprimentos de onda dessas minúsculas partículas seriam espalhadas por uma área colossalmente enorme - alteraria o curso da história cósmica e criaria filamentos longos e finos em vez de galáxias desajeitadas no universo primitivo, de acordo com simulações.
As descobertas têm conseqüências observacionais - os próximos telescópios serão capazes de observar esse período inicial e, potencialmente, distinguir entre diferentes tipos de matéria escura, permitindo que os físicos compreendam melhor suas propriedades.
A matéria escura é uma substância maciça desconhecida encontrada em todo o cosmos. Não emite luz - daí o nome matéria escura -, mas seus efeitos gravitacionais ajudam a unir aglomerados galácticos e fazem com que as estrelas nas bordas das galáxias girem mais rápido do que de outra forma. Muitos cientistas acreditam que a maior parte da matéria escura é fria, o que significa que ela se move de forma relativamente lenta. Mas existem idéias totalmente diferentes, como a possibilidade de ser pequena e confusa, o que significa que se moveria rapidamente porque é muito leve.
"Nossas simulações mostram que as primeiras galáxias e estrelas que se formam parecem muito diferentes em um universo com matéria escura difusa do que em um universo que tem matéria escura fria", disse Lachlan Lancaster, estudante de astrofísica da Universidade de Princeton e co-autor de um novo artigo. na revista Physical Review Letters, contou à Live Science.
Lancaster explicou que as especulações mais comuns sobre a matéria escura sugerem que ela é composta de partículas massivas fracamente interativas (WIMPs), que teriam algumas dezenas ou centenas de vezes a massa de um próton. Simulações que usam esse tipo de matéria escura são extremamente boas para recriar a estrutura em larga escala do universo, incluindo vastos vazios de espaço vazio cercados por longos filamentos de gás e poeira, uma formação conhecida como teia cósmica. Mas em escalas menores, esses modelos contêm várias discrepâncias em relação ao que os astrônomos observam com seus telescópios. Nesta visão padrão, a matéria escura deve se acumular no centro das galáxias, mas ninguém viu isso.
A matéria escura confusa, por outro lado, seria incrivelmente leve, talvez um bilionésimo bilionésimo bilionésimo da massa de um elétron, de acordo com um comunicado do MIT. A mecânica quântica afirma que as partículas também podem ser pensadas como ondas, com comprimentos de onda inversamente proporcionais à sua massa, disse Lancaster. Portanto, o comprimento de onda de uma partícula tão leve seria de milhares de anos-luz.
A matéria escura difusa teria, portanto, mais dificuldade em se agrupar do que a matéria escura WIMP fria. Em simulações, Lancaster e seus co-autores mostraram que um universo frio de matéria escura teria galáxias que se formaram relativamente rapidamente a partir de halos esféricos.
Mas a matéria escura difusa se fundiria em longas e finas cordas de material - "mais filamentos gigantes do que galáxias desajeitadas", disse Lancaster - e as galáxias nasceriam maiores e mais tarde. A matéria escura também teria mais dificuldade em se acumular nos centros das galáxias, potencialmente explicando por que os astrônomos não observam esse aglomerado quando olham para galáxias.
Instrumentos como o Large Synoptic Survey Telescope (LSST) no Chile e telescópios de classe de 30 metros sendo construídos em todo o mundo em breve serão capazes de olhar de volta para alguns dos primeiros dias do universo. Eles devem começar a coletar dados na próxima década, o que significa "começaremos a ver os efeitos da matéria escura nebulosa ou a descartá-los", disse Lancaster.
Embora outros pesquisadores tenham especulado sobre a matéria escura nebulosa, as novas simulações fazem um trabalho mais cuidadoso ao descobrir seus efeitos cosmológicos, disse Jeremiah Ostriker, astrofísico da Universidade de Columbia que não estava envolvido no trabalho.
"Isso ajuda a delinear os detalhes de qual seria a formação da estrutura nessa teoria de variantes", acrescentou OStriker. "E é uma das teorias variantes mais interessantes do mercado".
Lancaster disse que as futuras simulações de sua equipe podem se concentrar na captura de mais detalhes dos efeitos da matéria escura nebulosa, potencialmente dando aos astrônomos uma idéia melhor do que eles podem esperar ver através de seus telescópios.
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