Matéria escura da gravidade quântica

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Matéria escura da gravidade quântica
Pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia do Sul, na China, perguntam se os grávitons
podem ser candidatos promissores para componentes de matéria escura.
Desde a década de 1930, os pesquisadores encontraram evidências de que a massa do Universo é feita
para cerca de 85% de uma forma intrigante e ainda desconhecida de matéria manifestando-se em
diferentes escalas (ou seja, para dezenas de kpc de medições de curvas de rotação galáctica, até 200
kpc de medições de microlente e para escalas cosmológicas de medições de radiação cósmica). Várias
são as hipóteses sobre a origem deste componente, mas até agora os físicos não chegaram a uma
conclusão definitiva sobre este assunto.
A substância misteriosa não emite luz, e é por isso que foi chamada de matéria “escura”. Outras
propriedades que as observações exigem partículas de matéria escura para obedecer são a carga
elétrica e a estabilidade, ou pelo menos uma vida útil muito longa. O fato de que a matéria escura
interage com outras partículas apenas através da gravidade e, possivelmente, através de interação fraca
torna muito difícil estudá-la experimentalmente, porque tipicamente as partículas são detectadas através
de interações eletromagnéticas e fortes, que geralmente são muito mais intensas.
Assim, nenhum constituinte da matéria escura ainda foi observado, embora muitas tentativas tenham
sido feitas com detectores terrestres, bem como com a ajuda de colisores de partículas e satélites. No
entanto, os astrofísicos têm estudado extensivamente este assunto e propuseram muitos candidatos
possíveis para o papel das partículas de matéria escura, algumas das quais estão além do escopo do
Modelo Padrão de partículas elementares. Estes incluem buracos negros primordiais primordiais
https://w.astro.berkeley.edu/~mwhite/darkmatter/rotcurve.html
https://w.astro.berkeley.edu/~mwhite/darkmatter/rotcurve.html
https://www.advancedsciencenews.com/does-dark-matter-really-exist/
https://www.advancedsciencenews.com/dark-matter-could-be-composed-of-primordial-black-holes/
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nascidos no Universo primordial, partículas massivas de interação fraca, axions ultraleves e muitos
outros.
Os grávitons poderiam ser bons candidatos para a matéria
escura?
Uma ideia muito interessante foi apresentada há alguns anos em um estudo liderado por Klaus Werner,
cujos autores levantaram a hipótese de que os componentes elementares da matéria escura poderiam
ser configurações compactas de grávitons – é a partícula que medeia a força da gravitação – ligada uma
à outra pela gravidade. Este candidato é muito atraente para os cientistas, porque não requer considerar
algumas partículas desconhecidas, pois é feito em muitos outros modelos teóricos da matéria escura, e
a simplicidade é tipicamente um critério importante na física.
Para analisar a interação dos grávitons, eles usaram a teoria geral da relatividade, uma teoria
geométrica que trata a gravidade como uma deformação do espaço-tempo originada por energias e
massas de partículas. Essas partículas incluem grávitons, cuja energia lhes permite interagir com outras
grávitons, como planetas ou estrelas interagem entre si. É graças a este fenômeno que as partículas que
mediam a interação gravitacional podem ser atraídas umas pelas outras e formam sistemas limitados,
em certo sentido semelhante ao do sistema solar.
No entanto, sua análise teve uma falha: a relatividade geral é conhecida por ser uma teoria incompleta
da gravidade, porque não inclui efeitos quânticos. Atualmente, não existe uma teoria da “gravidade
quântica” geralmente aceita, mas os cientistas desenvolveram muitos possíveis candidatos.
Mudando o jogo de bola
Em um estudo recente publicado no The Journal of High Energy Physics, uma equipe de físicos
liderados por Leonardo Modesto, da Universidade do Sul de Ciência e Tecnologia, na China, melhorou a
análise realizada pelo grupo de Werner, considerando a interação de grávitons em várias teorias da
gravidade quântica (a teoria das cordas é o exemplo mais conhecido) que generalizam a relatividade
geral.
Através de cálculos analíticos, os físicos descobriram que em quase todas as teorias que consideravam,
os grávitons realmente podem se atrair e formar objetos compactos que podem constituir matéria
escura. Eles chamaram esses objetos de Planckballs porque seu tamanho, de acordo com os cálculos
dos cientistas, acabou por ser da ordem do comprimento de Planck – uma escala típica de qualquer
teoria da gravidade quântica e aproximadamente igual a 10 ?35 m.
Para a formação de Planckballs, as energias dos grávitons tinham que ser muito grandes – geralmente
da ordem da massa de Planck, uma escala de massa típica da gravidade quântica, que é
aproximadamente 22 ordens de magnitude mais pesadas que um elétron. Isso significa que os sistemas
ligados de grávitons poderiam ter se formado apenas no Universo muito antigo, em que a temperatura
era extremamente alta (em algumas teorias da gravidade quântica é da ordem de 10 32 graus).
Embora a ideia que a equipe tenha sido muito interessante do ponto de vista teórico, apenas estudos
experimentais futuros mais precisos podem ajudar a determinar qual das teorias da matéria escura
https://www.scientificamerican.com/article/is-dark-matter-made-of-axions/
https://link.springer.com/article/10.1007/JHEP11(2020)159
https://theconversation.com/the-art-and-beauty-of-general-relativity-51042
https://theconversation.com/the-art-and-beauty-of-general-relativity-51042
https://theconversation.com/the-art-and-beauty-of-general-relativity-51042
https://theconversation.com/the-art-and-beauty-of-general-relativity-51042
https://www.space.com/17594-string-theory.html
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proposta está correta, ou se a realidade é ainda mais complexa e a matéria escura é composta de
objetos que os cientistas ainda nem consideraram.
Referência: Zhongyou Mo, Tibério de Paula Netto, Nicolau Burzillà e Leonardo Modesto, “Stringballs and
Planckballs for dark matter”, Journal of High Energy Physics, 2022, 131
Créditos da imagem: pixabay
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https://link.springer.com/article/10.1007/JHEP07(2022)131