Cientistas do Cluster of Excellence PRISMA+ analisam dados do observatório de ondas gravitacionais NANOGrav.

Crédito: SciTechDaily

A Colaboração NANOGrav recentemente capturou os primeiros sinais de ondas gravitacionais de frequência muito baixa. Os profs. Pedro Schwaller e Wolfram Ratzinger analisaram os dados e, em particular, consideraram a possibilidade de se isso pode apontar para uma nova física além do Modelo Padrão. Em um artigo publicado na revista SciPost Physics, eles relatam que o sinal é consistente tanto com uma transição de fase no início do universo quanto com a presença de um campo de partículas extremamente leves semelhantes ao áxion (ALPs). Os últimos são considerados candidatos promissores para a matéria escura.

As ondas gravitacionais abrem uma janela para o início do universo. Embora a onipresente radiação cósmica de fundo em micro-ondas não forneça pistas sobre os primeiros 300.000 anos de nosso universo, eles fornecem alguns vislumbres do que aconteceu durante o Big Bang. “É exatamente esse universo primitivo que é tão empolgante para os físicos de partículas”, explica Pedro Schwaller, Professor de Física Teórica no PRISMA ⁺ Cluster de Excelência da Johannes Gutenberg University Mainz (JGU). “Este é o momento em que as partículas elementares como quarks e glúons estão presentes e, em seguida, se combinam para formar os blocos de construção dos núcleos atômicos.”

A coisa especial sobre as ondas gravitacionais que a Colaboração NANOGrav detectou pela primeira vez é que elas têm uma frequência muito baixa de 10^-8 Hertz, o que equivale a aproximadamente uma oscilação por ano. Devido ao seu comprimento de onda correspondentemente grande, para detectá-los, qualquer detector também teria que ser igualmente grande. Como tal detector não é possível aqui na Terra, os astrônomos do NANOGrav usam pulsares distantes e seus sinais de luz como grandes detectores.

Wolfram Ratzinger descreve a motivação por trás de seu trabalho: “Embora até agora os dados apenas nos forneçam uma primeira indicação da existência de ondas gravitacionais de baixa frequência, ainda é muito emocionante para nós trabalhar com elas. Isso ocorre porque essas ondas podem ser produzidas por vários processos que ocorreram no início do universo. Agora podemos usar os dados que já temos para decidir, quais deles entram em consideração e quais não se ajustam aos dados de forma alguma.”

Como resultado, os cientistas baseados em Mainz decidiram dar uma olhada particularmente de perto em dois cenários que poderiam ter causado as ondas gravitacionais observadas: Transições de fase no universo inicial e um campo de matéria escura de partículas extremamente leves semelhantes a áxions (ALPs). Transições de fase como essas ocorrem devido à queda de temperatura na sopa primordial após o Big Bang e resultam em turbulências massivas, no entanto, como a matéria escura, elas não são cobertas pelo Modelo Padrão.

Com base nos dados disponíveis, Pedro Schwaller e Wolfram Ratzinger interpretam os resultados de sua análise com relativa cautela: “Talvez um pouco mais provável seja o cenário de transição de fase inicial.” Por outro lado, os dois físicos acreditam que o fato de serem capazes de trabalhar certas possibilidades com base apenas em dados limitados prova o potencial de sua abordagem. “Nosso trabalho é um primeiro, mas importante desenvolvimento, nos dá muita confiança de que, com dados mais precisos, podemos tirar conclusões confiáveis ??sobre a mensagem que as ondas gravitacionais estão nos enviando desde o início do universo.”

“Além disso”, conclui Pedro Schwaller, “já podemos começar a definir certas características dos cenários e a restringi-los, no nosso caso a força da transição de fase e a massa dos áxions.”

Referência: “Whispers from the dark side: Confronting light new physics with NANOGrav data” por Wolfram Ratzinger e Pedro Schwaller, 23 de fevereiro de 2021, SciPost Physics .
DOI: 10.21468 / SciPostPhys.10.2.047

Fonte: SciTechDaily