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Novas restrições nas teorias alternativas da gravidade que podem informar a pesquisa da matéria escura
A evolução da estrutura do CMB em galáxias e a atual estrutura da teia cósmica pode ser justificada pela existência de matéria escura fria (CDM).
Por Ingrid Fadelli - 15/12/2020


Imagem produzida durante uma simulação da evolução da matéria escura no universo. Crédito: Simulação Milênio-II.

Embora as teorias das partículas sejam atualmente as explicações mais favorecidas para a matéria escura, os físicos ainda não foram capazes de detectar partículas de matéria escura de maneiras que confirmariam ou contradissem essas teorias. Alguns teóricos têm, portanto, explorado novas teorias da gravidade que explicam e explicam claramente a existência desse tipo indescritível de matéria. Para evitar a necessidade de matéria escura, no entanto, essas teorias devem ser alinhadas com as observações cosmológicas coletadas até agora.

Dois pesquisadores do Laboratório de Propulsão a Jato (JPL) e da Universidade de Princeton realizaram recentemente um estudo com o objetivo de entender melhor quais pontos as teorias alternativas da gravidade devem abordar para apoiar efetivamente a existência de matéria escura no universo. Seu artigo, publicado na Physical Review Letters , descreve uma série de restrições que podem ajudar a determinar a validade potencial das teorias alternativas da gravidade.

O paradigma cosmológico padrão, ΛCDM, explica como o universo atual se desenvolveu a partir do fundo cósmico em micro-ondas (CMB), essencialmente pintando um 'quadro' do desenvolvimento do universo desde seus primeiros dias até hoje. A evolução da estrutura do CMB em galáxias e a atual estrutura da teia cósmica pode ser justificada pela existência de matéria escura fria (CDM).

"Em nosso estudo, presumimos que a teoria da gravidade alternativa tinha que ser 'linear'", disse Pardo. "Agora estamos estudando como expandir isso para teorias não lineares."


"Queríamos ver se poderíamos usar os dados CMB e os dados de galáxias disponíveis hoje para colocar algumas restrições sobre como uma teoria da gravidade alternativa precisaria se comportar se fosse para explicar a matéria escura", Kris Pardo, um dos pesquisadores que realizaram o estudo, disse Phys.org. "Basicamente, se é realmente alguma gravidade alternativa responsável pela matéria escura, então ela deve ser capaz de explicar exatamente como a matéria normal evolui da CMB até hoje."

A ideia central do estudo realizado por Pardo e seu colega David N. Spergel já foi explorada por outros pesquisadores, inclusive por Scott Dodelson, do Instituto Kavli de Física Cosmológica, em artigo publicado em 2011 . No entanto, Pardo e Spergel foram os primeiros a realmente calcular a função que resume essa ideia.

“Nós mostramos que qualquer teoria que tente explicar a matéria escura mudando a gravidade (ao invés de ter uma nova partícula) precisaria ter uma forma única,” explicou Pardo. "Na verdade, essa forma seria tão única que provavelmente levaria a alguns movimentos bem malucos de galáxias perto de nós, dos quais não vemos evidências. Portanto, a explicação mais simples para a matéria escura ainda é que ela é alguma partícula."

O estudo recente de Pardo e Spergel estabeleceu novas restrições sobre as qualidades específicas que as teorias da gravidade alternativa deveriam ter para apoiar a existência de matéria escura. Curiosamente, os pesquisadores descobriram que nenhuma das teorias da gravidade propostas até agora satisfaz essas restrições, o que sugere que, se a matéria escura pode ser explicada por tais teorias, uma teoria válida ainda não foi desenvolvida. No futuro, seu trabalho pode informar o desenvolvimento de teorias alternativas da gravidade que estão mais alinhadas com as observações cosmológicas.

"Em nosso estudo, presumimos que a teoria da gravidade alternativa tinha que ser 'linear'", disse Pardo. "Agora estamos estudando como expandir isso para teorias não lineares."

 

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