Embora abundante, não pode ser vista, coletada, analisada, mas está lá – o efeito gravitacional que a matéria escura tem é tão grande que foi possível estimar que constitui 80% da massa do Universo. Investigar como ele surgiu pode dar pistas sobre o que ele é e qual é seu papel no equilíbrio cósmico.

“A matéria escura é uma coleção de partículas elementares? Em caso afirmativo, quais são as propriedades dessas partículas? Que forças exercem e que interações experimentam? Quando foi criada a matéria escura e quais estruturas desempenharam um papel importante em sua formação?” disse o astrofísico Andrew Long, da Rice University, co-autor do estudo agora publicado em As cartas de revisão física.

O consenso é que surgiu após a Grande explosão, o evento que deu origem ao nosso Universo; mas como se formou? Foi nisso que Long e mais físicos Michael Baker, da Universidade de Melbourne, e Joachim Kopp, da Universidade Johannes Gutenberg de Mainz, se concentraram.

Sopa espumante

O tempo e o Universo ainda não contaram um nanossegundo e as partículas foram criadas, colidiram e aniquilaram umas às outras – o caos antes do cosmos, que naquela época era uma sopa primordial incrivelmente quente e densa de partículas elementares de energia extremamente alto.

Quando o Universo começou a se expandir e o plasma começou a esfriar, a produção de novas partículas foi interrompida. Os que existiam pararam de cair e os que sobreviveram ao início infernal do cosmos são as chamadas “relíquias térmicas” – prótons, nêutrons e tudo o mais que constitui a matéria.

A hipótese que Long e os outros físicos imaginaram é: e se a matéria escura fosse feita de partículas – elas mesmas, “relíquias térmicas”?

Eles teriam nascido do plasma quente que, quase imediatamente após o Big Bang, mudou de estado com a mudança da água ou do ferro – de um estado para outro, solidificando por evaporação ou liquefação. O que os três cientistas imaginaram foi que bolhas de plasma resfriado se formaram abruptamente no caldo primordial extremamente quente no universo primordial, expandiram-se e finalmente se fundiram, em um processo contínuo até que todo o universo começou a esfriar e se expandir.

“À medida que essas bolhas se expandem por todo o universo, elas agem como filtros que separam as partículas de matéria escura do plasma. Assim, a quantidade de matéria escura que medimos no universo hoje é um resultado direto dessa filtração nas primeiras frações do segundo após o Big Bang “, disse Long.

Segundo ele, as paredes das bolhas de plasma permitiriam que apenas partículas de matéria escura com massa (e energia) passassem por elas e escapassem da aniquilação que prevaleceu no caos pós-Big Bang. Isso explicaria a abundância de matéria escura no Universo hoje.

Candidatos fortes

Até hoje, os melhores candidatos para componentes de matéria escura eram Weakly Interacting Massive Particles, ou WIMPs. No entanto, nada foi encontrado. Segundo o terceiro autor do estudo, Joachim Kopp, “nosso trabalho, portanto, motiva a extensão das buscas por matéria escura a massas mais pesadas”.

Long acredita que é possível que as bolhas que surgiram no alvorecer do Universo possam ter deixado vestígios no cosmos, decorrentes da colisão entre elas, na forma de ondas gravitacionais, que poderiam ser capturadas por interferômetros na Terra.

“Se a matéria escura é uma partícula nova, então há uma boa chance de que possamos detectá-la, estudá-la e aprender algo novo e profundo sobre o Universo”, disse o físico Michael Baker.