Uma nova pista teórica, desenvolvida por Yann Mambrini, investigador no IJCLab e seus colaboradores, propõe hoje revisitar profundamente o cenário de nascimento da matéria escura, colocando-a no centro das primeiras frações de segundo do Universo.
A colaboração entre o IJCLab e a universidade do Minnesota apresentou a sua teoria "UFO", para Ultra-relativistic Freeze-Out em dezembro de 2025 na revista Physical Review Letters. Para a compreender, é preciso voltar aos eventos que estruturaram o Universo Primordial, ou seja, os misteriosos primeiros instantes do Universo.
Segundo as teorias mais convincentes, o Universo teria passado por uma fase de inflação espetacular entre 10-36 e 10-33 segundos após o Big Bang, durante a qual o Universo teria inflado por um fator de pelo menos 1026. A inflação teria culminado na formação de um plasma primordial, um banho térmico do qual teria emergido a maioria das partículas do Universo.
É neste plasma inicial que os cientistas geralmente situam a produção da matéria escura, supostamente "fria" e gerada em equilíbrio térmico com a matéria ordinária. A energia do plasma produziria matéria escura em quantidades iguais a essa matéria observável, até que a produção de matéria escura decaísse quando a energia do plasma deixasse de ser suficiente para produzir ambas.
Esta hipótese é sedutora para as teóricas e teóricos na medida em que prevê uma matéria escura simultaneamente suficientemente fria (e portanto estática) para oferecer uma estrutura às grandes estruturas cósmicas, ao mesmo tempo que é menos densa que a matéria ordinária.
As famosas WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles), partículas massivas que interagiriam com a matéria ordinária através da interação fraca, assentam neste esquema. Mas, após décadas de busca, a ausência persistente de sinal nas experiências de deteção direta tende a fragilizar esta hipótese. "Através das décadas, as experiências expandiram as zonas de exclusão até tornar a existência de WIMPs altamente improvável", precisa Yann Mambrini. Esta tensão motiva-nos a mudar o nosso olhar sobre os mecanismos de produção da matéria escura e em particular a sua temporalidade".
É precisamente isso que propõe a teoria UFO construída por esta equipa. Ela sugere que a matéria escura teria sido gerada muito cedo, antes mesmo de o plasma inicial se ter formado, por desintegração dos inflatões, partículas hipotéticas que seriam responsáveis pela inflação brusca do Universo. Esta matéria seria inicialmente "ultra-relativista", ou seja, muito quente e extremamente rápida, mas a sua energia ter-se-ia logo diluído pela expansão brutal do Universo primordial.
Resultado: ela ter-se-ia arrefecido quase instantaneamente, tornando-se compatível com a formação das grandes estruturas cósmicas. "A matéria que propomos é mais quente, mas dilui-se tão depressa que perde a sua energia muito mais cedo do que se imaginava, percorrendo muito pouca distância, o que permite que as galáxias se formem à sua volta", detalha Yann Mambrini.
Os mecanismos de formação desta matéria escura "UFO" constrangem as propriedades físicas das partículas que lhe poderiam corresponder. Mais leves que os WIMPs tradicionais, com massas da ordem do MeV, as partículas propostas por esta teoria manteriam um acoplamento não-negligível com a matéria ordinária, através da interação fraca, ao contrário dos cenários ditos "FIMP" (Feebly Interacting Massive Particles), em voga há vários anos mas cujas interações extraordinariamente fracas não permitiam observações.
Feliz coincidência: a massa e a gama de interação destas partículas permitiriam a sua deteção por alguns dispositivos de deteção de matéria escura em curso ou em projeto. "Depois de passarmos vários anos a estudar a ligação entre a formação do plasma primordial e a matéria escura, o facto de o nosso resultado ser simultaneamente coerente e testável experimentalmente é extremamente estimulante", congratula-se Yann Mambrini.
Entre as experiências candidatas, pensa-se nomeadamente na XENON, em funcionamento há vários anos, na DAMIC-M, cujo protótipo está atualmente em ação, ou na TESSERACT, que será instalada dentro de alguns anos no LSM. Um ajuste das configurações destas experiências seria suficiente para partir à caça destes promissores "UFO".
A mais longo prazo, a produção direta de partículas do tipo UFO poderia mesmo ser considerada nos aceleradores de partículas, através da procura de assinaturas de energia em falta. Um trabalho experimental, o único capaz de validar esta teoria, ou de a infirmar, como muitos modelos de matéria escura antes dela.