Em um estudo publicado recentemente, físicos de partículas da Universidade da Califórnia Riverside teorizam que a matéria escura pode ser explicada pela existência de uma nova dimensão no espaço-tempo.
Na astrofísica, o matéria escura é uma forma (ainda teórica) de matéria que constitui cerca de 85% da matéria do universo. A existência dessa força invisível está implícita através de uma variedade de observações no universo, incluindo efeitos gravitacionais que não podem ser explicados por teorias da gravidade aceitas. Como a matéria escura não parece absorver, refletir ou emitir radiação eletromagnética, medir ou fornecer evidências definitivas de sua existência até agora se mostrou impossível.
O estudo da quarta dimensão
Em um artigo de pesquisa publicado no Journal of High Energy Physics, uma equipe de físicos da UC Riverside diz que a presença de uma quarta dimensão poderia explicar a existência de matéria escura e explicar por que ela permanece invisível.
“Nosso universo observado tem três dimensões do espaço. Propomos que pode haver uma quarta dimensão. A dimensão extra pode explicar por que a matéria escura se escondeu tão bem de nossas tentativas de estudá-la em laboratório ", diz o Dr. Felipe Tanedo, professor assistente de fisica e astronomia na UC Riverside e co-autor do novo estudo, em um comunicado à imprensa.
A quarta dimensão? Uma caçada que já dura muito tempo
Antes da hipótese de uma nova dimensão escura, a existência de forças invisíveis foi teorizada por muito tempo.
Foi proposto pela primeira vez pelo físico e engenheiro matemático William Thomson em 1884.
Thomson também é conhecido como Lord Kelvin por ter sido o primeiro cientista britânico a ser elevado à Câmara dos Lordes.
Thomson estimou que a massa da Via Láctea diferia da massa luminosa das estrelas visíveis, concluindo que "muitas de nossas estrelas, talvez a grande maioria delas, talvez sejam corpos escuros".
No século seguinte, os cientistas fizeram inúmeras observações indiretas para apoiar a existência proposta de Thomson de "corpos escuros" ou a presença de algum tipo de matéria invisível que tem uma influência significativa no universo.
Nós não vemos, mas sabemos que está lá
A principal evidência da existência de uma força invisível vem de cálculos que mostram que as galáxias não se formariam ou se moveriam sem uma grande quantidade de matéria invisível.
Até agora, os cientistas não conseguiram detectar a matéria escura diretamente, levando a maioria dos físicos a concluir que a substância deve ser composta de partículas não-bárions ou partículas subatômicas cuja massa é menor que a de um próton. A evidência indireta, no entanto, tem sido forte o suficiente para levar a maioria da comunidade científica a geralmente aceitar a existência de matéria escura (e de quatro dimensões, de fato: PELO MENOS quatro).
"Vivemos em um oceano de matéria escura, mas sabemos muito pouco sobre o que poderia ser", disse Tanedo. “É uma das incógnitas conhecidas mais irritantes da natureza. Sabemos que existe, mas não sabemos como procurá-lo, ou por que não apareceu onde esperávamos."
Uma 4ª dimensão poderia explicar a matéria escura?
No novo artigo, Tanedo e seus colegas sugerem que as partículas de matéria escura não se comportam como partículas.
"O objetivo do meu programa de pesquisa nos últimos dois anos é estender a ideia da matéria escura 'falando' com as forças das trevas", disse Tanedo no comunicado de imprensa da UC Riverside. “Na última década, os físicos perceberam que, além da matéria escura, outras forças ocultas podem governar as interações da matéria escura. Confirmar sua existência poderia reescrever completamente as regras de como procurar matéria escura”.
Tanedo reitera que esta operação de "forças escuras" pode ser descrita matematicamente por uma teoria que inclui uma quarta dimensão extra.
A matéria escura apareceria como uma sequência contínua de partículas adjacentes dentro desta quarta dimensão escura. Isso explicaria como a matéria escura causa alguns dos comportamentos curiosos observados em pequenas galáxias.
Uma dimensão extra, uma ideia recorrente
Embora a existência de uma nova quarta dimensão pareça sensacional, Tanedo explicou que as dimensões extras são simplesmente um truque matemático para descrever até teorias comuns.
Afinal, a ideia de que a existência consiste em uma dimensão, de fato, muitas extradimensões extras também é comumente referida na Teoria das Cordas ou na do universo holográfico.
Pensando de uma forma não convencional
Os exames anteriores da matéria escura concentraram-se principalmente em teorias que explicam comportamentos semelhantes às partículas visíveis. Tanedo e seus colegas pesquisadores dizem que sua nova abordagem para a quarta dimensão explora novas possibilidades não consideradas antes.
As forças ordinárias podem ser descritas como um único tipo de partícula com uma massa fixa.
A teoria proposta previa que partículas invisíveis podem ser descritas por um número infinito de partículas diferentes com massas diferentes chamadas contínuas.
Forças diferentes
Os pesquisadores dizem que a força contínua dessas partículas invisíveis seria muito diferente das forças percebidas pela matéria comum. “Para a força gravitacional ou elétrica que eu ensino na minha aula introdutória de física, quando você dobra a distância entre duas partículas, você reduz a força por um fator de quatro. Uma força contínua, por outro lado, é reduzida por um fator de até oito”, explicou Tanedo.
No artigo, os físicos da UC Riverside dizem que descobriram que uma força contínua como a proposta poderia replicar observações de movimentos estelares no universo.
Próximo passo, um "fóton escuro"
A equipe de Tanedo diz que pretende continuar expandindo sua teoria explorando um modelo de "fóton escuro".
"É uma imagem mais realista para uma força das trevas", disse Tanedo. “Os fótons escuros foram estudados em grande detalhe, mas nossa estrutura quadridimensional tem algumas surpresas. Também examinaremos a cosmologia das forças escuras e a física dos buracos negros.'
