Una segona inflació explicaria l'excés de matèria fosca

Una nova teoria desenvolupada per físics del Brookhaven National Laboratory, el Fermi National Accelerator Laboratory i la Universitat Stony Brook que es va publicar on line el passat 18 de gener al Physical Review Letters, suggereix un període inflacionari secundari més curt que podria explicar la quantitat de matèria fosca que s'estima que hi ha a tot el cosmos.
"En general, una teoria fonamental de la natura pot explicar certs fenòmens, però pot ser que no sempre acabi llançant la quantitat adequada de matèria fosca", assenyala Hooman Davoudiasl, director del grup en el Grup Teòric d'Altes Energies al Brookhaven National Laboratory i un dels autors de l'article. També afegeix que "si acabes amb molt poca quantitat, es pot suggerir una altra font, però tenir-ne massa és un problema".

Mesurar la quantitat de matèria fosca de l'univers no és una tasca senzilla. Després de tot és fosca, pel que no interacciona de cap manera significativa amb la matèria comuna. No obstant, els efectes gravitatoris de la matèria fosca donen als científics una bona idea sobre quanta n'hi pot haver allà fora. Les millors estimacions indiquen que forma aproximada un quart del total de massa-energia de l'univers, mentre que la matèria comuna -la que forma les estrelles, els planetes, i a nosaltres- a penes suma un 5%. La matèria fosca és la forma predominant de substància en l'univers, això porta als físics a pensar teories i experiments per explorar les seves propietats i comprendre com es va originar.
Algunes teories que expliquen de forma elegant algunes rareses de la física - per exemple, la desorbitada debilitat de la gravetat en comparació amb les altres interaccions fonamentals, com ara l'electromagnètica, la nuclear forta, i la nuclear feble - no pot acceptar-se totalment a causa de que prediuen més matèria fosca del que pot derivar a partir de les observacions empíriques.

La nova teoria resol aquest problema. Davoudiasl i els seus col·legues afegeixen un pas als esdeveniments comunament acceptats en l'origen de l'espai i el temps.
En la cosmologia estàndard, l'expansió exponencial de l'univers, coneguda com a inflació còsmica, va començar, potser, als 10 -35 segons després de l'inici dels temps. Aquesta expansió explosiva de tot l'espai va durar tot just una fracció de segon, portant finalment a un univers calent, seguit per un període de refredament que ha continuat fins avui. Després, quan l'univers només tenia segons o minuts d'antiguitat - és a dir, ja estava prou fred - va començar la formació d'elements lleugers. Entre aquestes dues fites, probablement hi va haver un altre període inflacionari, assenyala Davoudiasl. "No hauria estat tan gran ni violent com l'inicial, però podria explicar una disminució de la matèria fosca", apunta.
Al principi, quan les temperatures superaven els milers de milions de graus en un volum relativament petit d'espai, les partícules de matèria fosca podien impactar entre sí i aniquilar-se en el contacte, transferint la seva energia als constituents estàndard de la matèria -partícules com electrons i quarks-. Però conforme seguia expandint-se i refredant-l'univers, les partícules de matèria fosca es trobaven amb menys assiduïtat, i la taxa d'aniquilació no es mantindria amb el ritme d'expansió.
"En aquest punt, l'abundància de matèria fosca està ja definida", comenta Davoudiasl. Recorda que "la matèria fosca interactúa molt dèbilment, per la qual cosa no es pot mantenir una taxa d'aniquilació significativa a temperatures més baixes. L'acte-aniquilació de matèria fosca es fa ineficient molt aviat, i la quantitat de partícules de matèria fosca queda fixa".

No obstant això, com més febles són les interaccions de matèria fosca, és a dir, menys eficient és l'aniquilació, més gran és l'abundància final de partícules de matèria fosca que trobaríem. Atès que els experiments estableixen unes restriccions cada vegada més grans a la força de les interaccions de la matèria fosca, hi ha algunes teories actuals que acaben sobreestimant la quantitat d'aquesta matèria de l'univers. Per alinear aquestes teories amb les observacions, Davoudiasl i els seus col·legues suggereixen que va tenir lloc un altre període inflacionari, disparat per les interaccions en un "sector ocult" de la física. Aquest segon i més suau període d'inflació, caracteritzat per un ràpid increment de volum, disminuiria l'abundància de partícules primordials, deixant potencialment l'univers amb la densitat de matèria fosca que veiem avui.
"Definitivament no és una cosmologia estàndard, però s'ha d'acceptar que l'univers pot no estar regit per la forma estàndard en què pensem", explica. "Però nosaltres no necessitem construir res complex. Vam demostrar com un simple model pot aconseguir aquesta petita quantitat d'inflació requerida en els inicis de l'univers, i explicar la quantitat de matèria fosca que creiem que hi ha allà fora".

Demostrar aquesta teoria és una altra qüestió totalment diferent. Davoudiasl diu que pot haver-hi una forma de buscar, almenys, les interaccions més febles entre el sector ocult i la matèria comuna.
"Si el període inflacionari va tenir lloc es podria caracteritzar mitjançant les energies, dins l'àmbit dels experiments d'acceleradors com el RHIC i l'LHC", assenyala. Només el temps dirà si els senyals d'un sector ocult es mostren en les col·lisions d'aquests projectes, o en altres instal·lacions experimentals.


Font: PHYS.ORG