Undele gravitaționale ar fi putut juca un rol cheie în crearea materiei întunecate în primele momente ale universului, conform unui nou studiu realizat de profesorul Joachim Kopp de la Universitatea Johannes Gutenberg din Mainz (JGU) și Clusterul de Excelență PRISMA++, în colaborare cu dr. Azadeh Maleknejad de la Universitatea Swansea. Publicată în Physical Review Letters, cercetarea introduce calcule noi care indică un proces neexplorat anterior prin care așa-numitele unde gravitaționale stocastice ar putea da naștere materiei întunecate.

Această lucrare abordează una dintre cele mai mari întrebări fără răspuns din fizica particulelor. Tot ce putem vedea, inclusiv planete, stele și viața pe Pământ, este făcut din materie vizibilă, dar aceasta reprezintă doar aproximativ patru procente din univers. Cea mai mare parte a cosmosului rămâne nevăzută, fiind alcătuită din materie întunecată și energie întunecată. Doar materia întunecată reprezintă aproximativ 23% din univers.

Observațiile arată că materia întunecată este răspândită în tot spațiul, modelând galaxiile și cele mai mari structuri cosmice. În ciuda influenței sale enorme, oamenii de știință încă nu știu din ce este făcută materia întunecată. Numeroase teorii și experimente sunt în desfășurare pentru a descoperi adevărata sa natură.

Undele gravitaționale sunt ondulații în spațiu-timp produse de unele dintre cele mai energetice evenimente din univers, cum ar fi coliziunile dintre găuri negre sau stele neutronice. Cu toate acestea, nu toate undele gravitaționale provin din astfel de evenimente dramatice. Un alt tip, cunoscut sub numele de unde gravitaționale stocastice, apare dintr-o serie de procese care nu implică obiecte masive.

Aceste unde sunt mult mai slabe și fac parte din semnalul de fond care umple universul. Multe dintre ele sunt extrem de vechi, datând din primele faze de după Big Bang. Ele ar fi putut fi generate în momente cheie din istoria cosmică, inclusiv în tranziții de fază pe măsură ce universul se răcea sau din câmpuri magnetice primordiale.

„În acest articol, investigăm posibilitatea ca undele gravitaționale – despre care se crede că au fost omniprezente în universul timpuriu – să fie parțial convertite în particule de materie întunecată”, a explicat Kopp. „Aceasta duce la un nou mecanism de producere a materiei întunecate care nu a fost cercetat până acum.”

Studiul sugerează că aceste unde gravitaționale timpurii ar fi putut produce fermioni care inițial aveau puțină sau deloc masă. Fermionii sunt o clasă largă de particule care include exemple familiare precum electronii, protonii și neutronii. Potrivit cercetătorilor, acești fermioni timpurii ar fi putut câștiga mai târziu masă și ar fi evoluat în particulele de materie întunecată care există astăzi.

„Următorul pas în dezvoltarea acestei linii de cercetare este să mergem dincolo de estimările noastre analitice și să efectuăm calcule numerice pentru a îmbunătăți acuratețea predicțiilor noastre. O altă direcție pentru cercetări viitoare este investigarea altor posibile efecte ale undelor gravitaționale în universul timpuriu. Un exemplu în acest sens ar fi un mecanism care ar putea explica binecunoscuta diferență dintre particule și antiparticule produse”, a spus Kopp.