Halo fantasmagórico de matéria escura tão pesada quanto a Terra e tão grande quanto nosso sistema solar foram as primeiras estruturas a se formar no universo, de acordo com novos cálculos de cientistas da Universidade de Zurique, publicados na edição desta semana da revista Nature.
Nossa própria galáxia ainda contém quatrilhões desses halos, dos quais se espera que passem pela Terra a cada poucos milhares de anos, deixando uma trilha brilhante e detectável de raios gama em seu rastro, dizem os cientistas. Dia após dia, inúmeras partículas aleatórias de matéria escura chovem sobre a Terra e através de nossos corpos, sem serem detectadas.
"Esses halos de matéria escura eram a 'cola' gravitacional que atraía a matéria comum, eventualmente formando estrelas e galáxias", disse o professor Ben Moore, do Instituto de Física Teórica da Universidade de Zurique, co-autor do relatório da Nature. . "Essas estruturas, os elementos básicos de tudo o que vemos hoje, começaram a se formar cedo, apenas cerca de 20 milhões de anos após o big bang".
A matéria escura compreende mais de 80% da massa do universo, mas sua natureza é desconhecida. Parece ser intrinsecamente diferente dos átomos que compõem a matéria ao nosso redor. A matéria escura nunca foi detectada diretamente; sua presença é inferida por sua influência gravitacional na matéria comum.
Os cientistas de Zurique basearam seus cálculos no principal candidato à matéria escura, uma partícula teórica chamada neutralino, que se acredita ter sido criada no big bang. Seus resultados envolveram vários meses de processamento de números no zBox, um novo supercomputador projetado e construído na Universidade de Zurique por Moore e Drs. Joachim Stadel e Juerg Diemand, co-autores do relatório.
"Até 20 milhões de anos após o big bang, o universo era quase suave e homogêneo", disse Moore. Mas pequenos desequilíbrios na distribuição da matéria permitiram que a gravidade criasse a estrutura familiar que vemos hoje. Regiões de maior densidade de massa atraíram mais matéria e regiões de menor densidade de matéria perdida. A matéria escura cria poços gravitacionais no espaço e a matéria comum flui para eles. Galáxias e estrelas começaram a se formar como resultado cerca de 500 milhões de anos após o big bang, enquanto o universo tem 13,7 bilhões de anos.
Usando o supercomputador zBox que aproveitava o poder de 300 processadores Athlon, a equipe calculou como os neutralinos criados no big bang evoluiriam com o tempo. O neutralino tem sido um candidato favorito à "matéria escura fria", o que significa que não se move rapidamente e pode se agrupar para criar um poço gravitacional. O neutralino ainda não foi detectado. Esta é uma partícula "supersimétrica" proposta, parte de uma teoria que tenta corrigir inconsistências no modelo padrão de partículas elementares.
Nas últimas duas décadas, os cientistas acreditaram que os neutralinos poderiam formar halos massivos de matéria escura e envolver hoje galáxias inteiras. O que emergiu do cálculo do supercomputador zBox da equipe de Zurique são três fatos novos e marcantes: os halos de massa terrestre formados primeiro; essas estruturas têm núcleos extremamente densos, permitindo que quatrilhões tenham sobrevivido às eras de nossa galáxia; também esses halos de miniatura de matéria escura se movem através de galáxias hospedeiras e interagem com a matéria comum à medida que passam. É até possível que esses halos possam perturbar a nuvem cometária de Oort muito além de Plutão e enviar detritos através do nosso sistema solar.
"A detecção desses halos neutros é difícil, mas possível", afirmou a equipe. Os halos estão constantemente emitindo raios gama, a forma de luz de maior energia, produzida quando os neutralinos colidem e se auto-aniquilam.
"Uma auréola passageira em nossa vida (se tivermos tanta sorte), estaria perto o suficiente para vermos facilmente uma trilha brilhante de raios gama", disse Diemand, agora na Universidade da Califórnia em Santa Cruz.
A melhor chance de detectar neutralinos, no entanto, é nos centros galácticos, onde a densidade da matéria escura é a mais alta, ou nos centros desses halos de neutralino de massa terrestre em migração. Regiões mais densas fornecerão uma chance maior de colisões com neutralino e, portanto, mais raios gama. "Isso ainda seria difícil de detectar, como tentar ver a luz de uma única vela colocada em Plutão", disse Diemand.
A missão GLAST da NASA, planejada para lançamento em 2007, será capaz de detectar esses sinais, se existirem. Observatórios de raios gama baseados no solo, como VERITAS ou MAGIC, também podem detectar raios gama a partir de interações neutralinas. Nos próximos anos, o Large Hadron Collider do CERN na Suíça confirmará ou descartará os conceitos de supersimetria.
Imagens e animações de computador de um halo neutralino e estrutura inicial do universo com base em simulações de computador estão disponíveis em http://www.nbody.net
Albert Einstein e Erwin Schrödinger estavam entre os professores anteriores que trabalhavam no Instituto de Física Teórica da Universidade de Zurique, que fizeram contribuições substanciais para nossa compreensão da origem do universo e da mecânica quântica. O ano de 2005 é o centenário do trabalho mais notável de Einstein em física quântica e relatividade. Em 1905, Einstein obteve seu doutorado na Universidade de Zurique e publicou três trabalhos de mudança científica.
Nota para os editores: O supercomputador inovador projetado por Joachim Stadel e Ben Moore é um cubo de 300 processadores Athlon interconectados por uma rede bidimensional de alta velocidade da Dolphin / SCI e resfriados por um sistema de fluxo de ar patenteado. Consulte http://krone.physik.unizh.ch/~stadel/zBox/ para obter mais detalhes. Stadel, que liderou o projeto, observou: “Foi uma tarefa assustadora montar um supercomputador de classe mundial a partir de milhares de componentes, mas, quando concluído, foi o mais rápido da Suíça e o supercomputador de maior densidade do mundo. O código de simulação paralela que usamos divide o cálculo distribuindo partes separadas do universo do modelo para diferentes processadores. ”
Fonte original: Instituto de Física Teórica? Comunicado de imprensa da Universidade de Zurique
