A matéria escura, o enigma invisível favorito do universo, é geralmente descrita como uma substância que só responde à gravidade. Mas os cientistas, nunca contentes com uma história simples, estão agora explorando uma possibilidade mais complexa: as partículas de matéria escura podem também interagir através de uma força oculta própria. Um novo estudo no Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP) examinou o que aconteceria se a matéria escura experimentasse uma força atrativa adicional. Os resultados foram surpreendentemente contraintuitivos: embora a força faça a matéria escura se agregar mais eficientemente, geralmente não acelera o crescimento da estrutura cósmica. Em vez disso, tende a desacelerar esse crescimento.

Por que os cientistas estão considerando uma 'força escura'? Porque observações altamente precisas do Universo produziram resultados que nem sempre se alinham perfeitamente. Medições da expansão cósmica e do desenvolvimento de galáxias e outras grandes estruturas às vezes parecem contar histórias ligeiramente diferentes. Algumas observações do Universo distante sugerem que a expansão pode ter prosseguido um pouco mais lentamente no passado do que o modelo cosmológico padrão prevê. Enquanto isso, estudos da radiação cósmica de fundo há muito sugerem que a matéria poderia estar mais fortemente agrupada nas maiores escalas do Universo do que o esperado. Essas diferenças são relativamente pequenas, mas encorajaram os cientistas a perguntar se o modelo padrão da cosmologia pode estar perdendo um ingrediente importante.

Uma possibilidade é que as partículas de matéria escura sintam uma força extra que a matéria comum não pode detectar. Como a interação operaria apenas dentro do setor da matéria escura, os pesquisadores a chamam de 'força escura'. Tal interação poderia potencialmente afetar tanto a expansão do Universo quanto a formação de galáxias e estruturas cósmicas maiores. 'O que realmente sabemos sobre a matéria escura até agora foi aprendido apenas através de seus efeitos gravitacionais', diz Zachary Weiner, pesquisador do Perimeter Institute for Theoretical Physics e autor correspondente do estudo. 'Isso deixa em aberto a possibilidade de que a matéria escura possa ter interações adicionais que estão ocultas da matéria comum.'

A equipe de pesquisa investigou um grupo de modelos teóricos nos quais as partículas de matéria escura interagem através de uma força de longo alcance além da gravidade. Usando cálculos teóricos juntamente com dados cosmológicos, os cientistas estudaram como essa interação oculta influenciaria a história da expansão cósmica e o crescimento da estrutura em grande escala. À primeira vista, o resultado esperado parece direto: se as partículas de matéria escura se atraem através de outra força, elas deveriam se agrupar mais rapidamente. Esse agrupamento mais forte também poderia parecer explicar observações sugerindo que o Universo contém estruturas mais densas do que o previsto. 'A primeira coisa que você esperaria é que dar à matéria escura uma força atrativa adicional fizesse as estruturas crescerem mais rápido', diz Weiner. 'Mas outro efeito entra em jogo ao mesmo tempo.'

Nos modelos examinados pelos pesquisadores, a força extra faz a matéria escura se agrupar mais efetivamente. No entanto, também muda como a matéria escura se comporta à medida que o Universo se expande. O mesmo processo faz com que as partículas de matéria escura efetivamente percam massa ao longo do tempo. Essa redução enfraquece sua influência gravitacional, compensando a atração mais forte produzida pela força oculta. Como resultado, o agrupamento aprimorado não cria uma impressão gravitacional mais forte na radiação cósmica de fundo. Na maioria dos casos, o efeito combinado na verdade suprime o crescimento da estrutura cósmica.

As descobertas podem ser importantes para teorias que vão além da matéria escura sozinha. Algumas explicações propostas para medições recentes do Instrumento Espectroscópico de Energia Escura (DESI) envolvem interações semelhantes entre partículas de matéria escura. De acordo com os pesquisadores, o mecanismo recém-identificado provavelmente influenciará muitos desses modelos mais complicados.