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Estudo de universidades dos Estados Unidos e da França propõe que a matéria escura pode ter se formado em estado ultrarelativístico logo após o Big Bang, durante o reaquecimento pós-inflacionário, sem impedir a formação de galáxias, contrariando modelos aceitos há mais de quatro décadas na cosmologia moderna.
Um estudo das universidades de Minnesota Twin Cities e Paris-Saclay sugere que a matéria escura pode ter nascido extremamente quente, quase à velocidade da luz, durante o reaquecimento pós-inflacionário, desafiando décadas de modelos cosmológicos baseados na ideia de matéria escura fria.
Revisão de uma hipótese central sobre a matéria escura
A matéria escura, componente invisível responsável por moldar a estrutura do Universo, é tradicionalmente descrita como fria e de movimento lento desde sua formação. Essa visão sustentou modelos cosmológicos por décadas e influenciou a compreensão sobre a origem das galáxias.
Pesquisadores das universidades de Minnesota Twin Cities e Paris-Saclay questionaram essa premissa ao analisar a formação da matéria escura em um período inicial específico do cosmos. O trabalho foi publicado na Physical Review Letters, revista da Sociedade Americana de Física.
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Os autores propõem que a matéria escura pode ter se formado em um estado ultrarelativístico, extremamente quente, sem impedir a formação posterior de estruturas cósmicas em grande escala.
Por que a matéria escura era considerada fria
Durante muitos anos, acreditou-se que a matéria escura precisava ser fria no momento em que se desacoplou da radiação do Universo jovem.
Esse processo é conhecido como congelamento e ocorre quando partículas deixam de interagir intensamente com outras formas de energia.
A hipótese baseava-se no argumento de que partículas rápidas demais alisariam as flutuações de densidade, impedindo o surgimento de galáxias. Esse entendimento orientou a rejeição de candidatos considerados quentes à matéria escura.
Para testar essa ideia, o novo estudo analisou o comportamento da matéria escura durante o reaquecimento pós-inflacionário, fase que sucedeu a inflação cósmica e marcou a rápida criação de energia e partículas no Universo primitivo.
Lições dos neutrinos e das teorias iniciais
Keith Olive, professor da Escola de Física e Astronomia, relembra que neutrinos de baixa massa foram descartados como candidatos à matéria escura há mais de 40 anos. Segundo ele, partículas desse tipo destruiriam estruturas galácticas em vez de favorecer sua formação.
Os neutrinos tornaram-se o principal exemplo do que se chamou matéria escura quente, reforçando a dependência da cosmologia em modelos de matéria escura fria. Essa distinção moldou teorias e experimentos ao longo de décadas.
O novo trabalho, porém, mostra que partículas produzidas em condições específicas podem esfriar com o tempo. Se geradas durante o reaquecimento, elas teriam espaço suficiente para perder energia à medida que o Universo se expandia.
Como a matéria escura quente pode se tornar funcional
O estudo indica que a matéria escura pode se separar de outras formas de matéria ainda em estado ultrarelativístico. Mesmo assim, esse material conseguiria esfriar antes do início da formação das galáxias.
Segundo os autores, o fator decisivo é o momento da produção dessas partículas. O reaquecimento pós-inflacionário fornece uma janela temporal ampla para que a matéria escura reduza sua energia cinética gradualmente.
Stephen Henrich, principal autor do artigo, afirma que a suposição de que a matéria escura precisa nascer fria dominou a pesquisa por cerca de quatro décadas. Os resultados mostram que essa exigência não é obrigatória para a formação de estruturas cósmicas.
Implicações e próximos passos da pesquisa
A equipe pretende avançar na identificação de formas de detectar esse tipo de matéria escura. As estratégias incluem experimentos diretos com aceleradores de partículas e métodos indiretos baseados em observações cosmológicas.
Yann Mambrini, professor da Universidade Paris-Saclay e coautor do estudo, destaca que as novas conclusões permitem investigar um período da história do Universo muito próximo ao Big Bang, ampliando o alcance da cosmologia experimental.
A pesquisa foi financiada pelo programa Horizonte 2020 da União Europeia, no âmbito da bolsa Marie Sklodowska-Curie. O artigo de referência, intitulado “Ultrarelativistic Freeze-Out: A Bridge from WIMPs to FIMPs”, foi publicado em 24 de novembro de 2025, com DOI 10.1103/zk9k-nbpj, consolidando uma nova linha de investigação sobre a origem da matéria escura e do Universso primitivo.
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