A pesquisadora do Instituto de Física da Universidade de São Paulo (IF-USP), Fernanda Lima Matos, realizou recentemente um estudo sobre a abundância de relíquia de matéria escura no Universo. A investigação fez parte da sua pesquisa de mestrado e utilizou o modelo de fóton escuro e equações de Boltzmann para tentar entender algumas informações sobre essa substância misteriosa.
A matéria escura é um dos maiores mistérios da física contemporânea porque acredita-se que ela constitua cerca de 83% de toda matéria do Universo, muito mais que a matéria comum, ou bariônica. No entanto, essa substância não interage com a radiação eletromagnética e sua existência é apoiada apenas na força gravitacional que ela exerce, ou seja, ela é invisível para nós, mas ainda assim, possui massa.
Atualmente existem alguns modelos que tentam resolver esse mistério, teorizando a composição e o comportamento dessa substância. Um deles é o de fóton escuro, que foi utilizado na pesquisa e poderia explicar porque até hoje não detectamos a matéria escura.
Nesse modelo a matéria escura e o fóton escuro se comportam semelhantemente aos elétrons e aos fótons normais. Caso detectemos o fóton escuro a partir de experimentos que acreditam originar essa partícula, poderíamos então comprovar a existência da substância misteriosa.
O modelo de fótons escuros e a abundância da matéria escura no Universo
De acordo com Matos, a escolha desse modelo em meio aos outros se deu pela simplicidade matemática e facilidade de compará-lo com a matéria bariônica.
“O modelo de fóton escuro é um dos mais simples para explicar a matéria escura, ele só tem duas partículas novas, a matéria escura e o fóton escuro. E a gente sabe descrever isso bem, porque é parecido com o eletromagnetismo”, aponta Fernanda Matos.
Os fótons escuros são partículas mais pesadas e eventualmente decaem em elétrons ou na própria matéria escura. Segundo a pesquisadora, no início, pouco tempo depois do Big Bang, existia um equilíbrio termodinâmico onde havia uma grande quantidade de matéria escura e mais ainda de fótons escuros, mas a medida que o Universo esfriou, essas partículas evoluíram e eventualmente foram sumindo, num regime chamado frezee-out. Esse processo pode ser explicado pelas equações de Boltzmann onde são enumerados os fatores que aumentam ou aniquilam uma partícula, e elas apontam como a abundância dela evoluiu no cosmo.
Assim, com base nessas equações, a pesquisa calculou a proporção de massa entre os fótons escuros e a matéria escura no plasma primordial para encontrar o cenário que mais se assemelha com a abundância de relíquia da matéria escura observada atualmente.
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