Traduzido por Julio Batista
Original de Paul M. Sutter para a Live Science
A gravidade pode se transformar em luz, mas apenas se o espaço-tempo se comportar da maneira certa, descobriu uma equipe de pesquisa.
Em circunstâncias normais, você não pode obter algo do nada. Especificamente, o Modelo Padrão da física de partículas, a teoria reinante que explica o zoológico subatômico das partículas, geralmente proíbe a transformação de partículas sem massa em partículas massivas. Enquanto as partículas no Modelo Padrão mudam constantemente de uma para outra por meio de várias reações e processos, o fóton – o portador de luz sem massa – normalmente não pode se transformar em outras partículas. Mas se as condições forem adequadas, é possível – por exemplo, quando um fóton interage com um átomo pesado, ele pode se dividir espontaneamente para se tornar um elétron e um pósitron, ambos partículas massivas.
Com este exemplo bem conhecido em mãos, uma equipe de físicos teóricos, escrevendo em um paper publicado em 28 de março no banco de dados de pré-publicação arXiv, perguntou se a própria gravidade poderia se transformar em outras partículas. Normalmente pensamos na gravidade através das lentes da relatividade geral, onde curvas e dobras no espaço-tempo influenciam o movimento das partículas. Nesse cenário, seria muito difícil imaginar como a gravidade poderia criar partículas. Mas também podemos ver a gravidade através de lentes quânticas, retratando a força gravitacional como carregada por inúmeras partículas invisíveis chamadas grávitons. Embora nossa compreensão da gravidade quântica esteja longe de ser completa, sabemos que esses grávitons se comportariam como qualquer outra partícula fundamental, incluindo sendo potencialmente transformadores.
Para testar essa ideia, os pesquisadores estudaram as condições do Universo extremamente primitivo. Quando nosso cosmo era muito jovem, também era pequeno, quente e denso. Naquele cosmos jovem, todas as formas de matéria e energia aumentaram e se expandiram em escalas inimagináveis, muito maiores do que nossos colisores de partículas mais poderosos são capazes de alcançar.
Os pesquisadores descobriram que, nessa configuração, as ondas gravitacionais – ondulações no tecido do espaço-tempo geradas por colisões entre os objetos cósmicos mais massivos – desempenham um papel importante. Normalmente, as ondas gravitacionais são extremamente fracas, capazes de empurrar um átomo por uma distância menor que a largura de seu próprio núcleo. Mas no início do Universo, as ondas poderiam ter sido muito mais fortes, e isso poderia ter influenciado seriamente todo o resto.
Essas primeiras ondas teriam se espalhado para frente e para trás, amplificando-se. Qualquer outra coisa no Universo teria sido apanhada pelo empurrão e puxão das ondas, levando a um efeito de ressonância. Como uma criança mexendo as pernas no momento certo para balançar em um balanço cada vez mais alto, as ondas gravitacionais teriam agido como um mecanismo de bombear, conduzindo a matéria em aglomerados apertados repetidamente.
As ondas gravitacionais também podem afetar o campo eletromagnético. Como as ondas são ondulações no próprio espaço-tempo, elas não se limitam a interações com objetos massivos. À medida que as ondas continuam a bombear, elas podem conduzir a radiação no Universo a energias extremamente altas, causando o aparecimento espontâneo de fótons: a gravidade gerando a própria luz.
Os pesquisadores descobriram que, em geral, esse processo é bastante ineficiente. O Universo primitivo também estava se expandindo, então os padrões padrões de ondas gravitacionais não teriam durado muito. No entanto, a equipe descobriu que, se o Universo primitivo contivesse matéria suficiente para que a velocidade da luz fosse reduzida (da mesma forma que a luz viaja mais lentamente através de um meio como o ar ou a água), as ondas poderiam ter permanecido por tempo suficiente para realmente manter esse prcocesso, gerando inundações de fótons extras.
Os físicos ainda não entendem completamente a física complexa e emaranhada do Universo primitivo, que foi capaz de realizar feitos nunca observados desde então. Esta nova pesquisa acrescenta mais um fio à rica compreensão da teia cósmica: a capacidade da gravidade de criar luz. Essa radiação presumivelmente influenciaria a formação da matéria e a evolução do Universo, portanto, descobrir todas as implicações desse processo surpreendente poderia levar a novas revoluções em nossa compreensão dos primeiros momentos do cosmos.
