A matéria escura pode consistir em fótons escuros ultraleves que aqueceram nosso Universo. Para isso
Qual é a peculiaridade da nova hipótese?
A peculiaridade da nova hipótese é queconcorda perfeitamente com as observações feitas pelo Espectrógrafo de Origem Cósmica (COS) a bordo do Telescópio Espacial Hubble. Ele estuda a "teia cósmica", a complexa e esparsa teia de filamentos entre as galáxias que preenche o cosmos.
Quais dados o espectrógrafo coletou?
Os filamentos intergalácticos cósmicos são mais quentes do que o previsto pelas simulações hidrodinâmicas do Modelo de Formação de Estrutura Padrão, de acordo com dados coletados pelo COS.
Projeção bidimensional da teia cósmica, obtida como resultado de simulação em um supercomputador.
Crédito: Dr. Ewald Puchwein e a colaboração Sherwood-Relics
Porque os fótons escuros podem teoricamenteSe forem convertidos em fótons de baixa frequência e aquecerem estruturas cósmicas, eles complementam novas informações experimentais, explicam os autores do estudo. Foi conduzido pela equipe do SISSA em colaboração com pesquisadores das universidades de Tel Aviv, Nottingham e Nova York.
O que são fótons escuros?
Fótons escuros são novas hipótesespartículas elementares. Eles são considerados portadores de uma nova interação fundamental, um “mediador” entre a matéria comum e a escura. Segundo a hipótese, eles interagem justamente graças a essas partículas.
Da mesma forma, os fótons são os portadores de força paraeletromagnetismo. No entanto, ao contrário deles, os fótons escuros podem ter massa. Em particular, o fóton escuro ultraleve – com uma massa apenas vinte ordens de grandeza menor que a massa de um elétron – é um bom candidato para o papel da matéria escura.
A ideia de um artista sobre o movimento dos fótons. Crédito: Robert Couse-Baker
Qualquer novouma força da natureza que surge no âmbito de uma extensão teórica do Modelo Padrão e se comporta como uma interação eletromagnética. Freqüentemente, nesses modelos há um fóton escuro instável ou de massa diferente de zero. Ele decai rapidamente em outras partículas, como pares elétron-pósitron. Além disso, o fóton escuro, segundo a hipótese, é capaz de interagir diretamente com partículas conhecidas, como elétrons ou múons. Mas somente se essas partículas carregarem uma carga associada à nova interação acima.
Como os fótons escuros estão relacionados à teia cósmica?
Espera-se também que fótons escuros e comunsirão se misturar como diferentes tipos de neutrinos. Isso permitirá que eles sejam convertidos em fótons de baixa frequência. Eles, por sua vez, aquecerão a teia cósmica. Contudo, ao contrário de outros mecanismos de aquecimento baseados em processos astrofísicos, como a formação de estrelas e os ventos galácticos, este processo é mais difuso e eficiente mesmo em regiões do espaço com baixa densidade.
elemento faltante
Normalmente, os astrofísicos usavam fios cósmicos,para explorar as propriedades em pequena escala da matéria escura. No entanto, no novo estudo, os cientistas usaram pela primeira vez dados do meio intergaláctico de baixo desvio para o vermelho como calorímetro. O objetivo é testar se todos os processos de aquecimento observados anteriormente pelos astrônomos são suficientes para reproduzir os dados obtidos no COS.
um dos aglomerados de galáxias mais massivos conhecidos, RX J1347.5–1145, cujo centro é visível aqui num “buraco” escuro nas observações do ALMA. Fonte: ALMA, CC BY 4.0, via Wikimedia Commons
A teoria da relatividade de Einstein afirma queUm relógio localizado mais próximo de um corpo grande (como a Terra) funcionará mais lentamente do que um relógio localizado mais longe, como no espaço. Este fenômeno, conhecido como redshift gravitacional, já foi confirmado por pesquisadores.
No final, descobriram que não era esse o caso: faltava algum elemento. Portanto, os cientistas presumiram que se tratava de fótons escuros.
O que vem a seguir?
Em um novo estudo, os físicos determinarammassa e mistura de um fóton escuro com um fóton do Modelo Padrão. É necessário eliminar inconsistências entre observações e simulações. No futuro, esta experiência conduzirá a mais estudos teóricos e observacionais para explorar a possibilidade de um fotão escuro constituir matéria escura.
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