A descoberta pode explicar um dos maiores mistérios da física - por que nosso universo parece funcionar de uma forma ligeiramente diferente do que era nos anos logo após o Big Bang, e que também poderia lançar uma visão sobre como ele pode continuar a evoluir no futuro.
"A discrepância entre os parâmetros cosmológicos do universo moderno e do universo logo após o Big Bang podem ser explicados pelo fato de que a proporção de matéria escura diminuiu", disse o co-autor Igor Tkachev, do Instituto de Pesquisa Nuclear em Moscou.
"Nós fomos agora, pela primeira vez, capaz de calcular a quantidade de matéria escura que poderia ter sido perdida, e qual seria o tamanho correspondente do componente instável."
O mistério em torno da matéria escura foi trazido pela primeira vez na década de 1930, quando astrofísicos e astrônomos observaram que as galáxias se mudaram de maneiras estranhas, parecendo estarem sob o efeito de algo que não poderia ser explicado através da conhecida matéria e energia visível do Universo.
Esta força gravitacional deve ter vindo de algum lugar. Assim, os pesquisadores inventaram um novo tipo de "matéria escura" para descrever a massa invisível responsável pelas coisas que eles estavam testemunhando.
A partir de agora, a hipótese corrente afirma que o Universo é feito de 4,9 por cento de matéria normal - o material que podemos ver como galáxias e estrelas - 26,8 por cento de matéria escura, e 68,3 por cento de energia escura, um tipo hipotético de energia que é espalhada por todo o Universo, e que pode ser responsável pela expansão do Universo.
Mas mesmo que a maioria da matéria prevista para estar no Universo seja realmente escura, muito pouco se sabe sobre a matéria escura - na verdade, os cientistas ainda não foram capazes de provar que ela realmente existe.
Uma das maneiras dos cientistas estudarem a matéria escura é examinando a radiação cósmica de fundo (CMB), que alguns chamam de 'eco do Big Bang'. A CMB é a radiação térmica que sobrou do Big Bang, tornando-se uma cápsula do tempo astronômica na qual pesquisadores podem usar para entender o início do Universo bebê.
O problema é que os parâmetros cosmológicos que governam a maneira como nosso Universo funciona - tais como a velocidade da luz e da forma como a gravidade funciona - parecem diferir muito ligeiramente da CMB em comparação com os parâmetros que sabemos que existem no universo moderno.
"Esta variação foi significativamente maior do que as margens de erro e erros sistemáticos conhecidos por nós", explica Tkachev. "Por isso, estamos ambos lidando com algum tipo de erro desconhecido, ou a composição do universo antigo é consideravelmente diferente do universo moderno."
Uma das hipóteses que podem explicar por que o Universo primitivo era tão diferente é a " hipótese da decomposição da matéria escura ou DDM" - a ideia de que a matéria escura foi desaparecendo lentamente do Universo.
E isso é exatamente o que Tkachev e seus colegas analisaram em um nível matemático, procurando apenas a quantidade de matéria escura pode ter se deteriorado desde a criação do Universo.
O principal autor do estudo, Dmitry Gorbunov, também do Instituto de Pesquisa Nuclear, explica :
"Vamos imaginar que a matéria escura consiste de vários componentes, como em matéria ordinária (prótons, elétrons, nêutrons, neutrinos, fótons). E um componente que consiste de partículas instáveis, com uma longa vida útil.
Na era da formação do hidrogênio, centenas de milhares de anos após o Big Bang, eles ainda estão no universo, mas até agora (milhares de milhões de anos depois), eles desapareceram, tendo decaído em neutrinos ou partículas relativistas hipotéticas. Nesse caso, a quantidade de matéria escura na era da formação de hidrogênio e hoje será diferente."
Para chegar a um pressuposto, a equipe analisou dados retirados das observações do telescópio Planck sobre a CMB, e comparou-o a diferentes modelos de matéria escura como a DDM.
Eles descobriram que o modelo DDM retrata com precisão os dados observacionais do universo moderno sobre outras possíveis explicações para o porquê do nosso universo parecer tão diferente hoje em comparação com o universo logo após o Big Bang.
A equipe foi capaz de levar o estudo a mais um passo através da comparação dos dados CMB para os estudos observacionais modernos do universo e para várias correções de erros em efeitos cosmológicos - como lente gravitacional, que pode amplificar regiões do espaço, graças à maneira com que a gravidade dobra a luz.
No final, eles sugerem que o Universo possa ter perdido algo entre 2 e 5 por cento da sua matéria escura desde o Big Bang, como resultado dessas partículas de matéria escura hipotéticos em decomposição ao longo do tempo.
"Isto significa que no universo de hoje, há 5 por cento menos matéria escura do que na era de recombinação", conclui Tkachev .
"Nós não estão atualmente em condições de dizer o quão rapidamente esta parte instável se deteriorou, a matéria escura poderá ainda estar se desintegrando mesmo agora, apesar de que seria um modelo diferente e consideravelmente mais complexo."
Estes resultados sugerem que a matéria escura decai ao longo do tempo, fazendo o Universo se movimentar de várias maneiras diferentes do que ele fazia no passado, embora os resultados exigem uma investigação maior antes de qualquer coisa dita com certeza.
Mesmo assim, esta pesquisa está um passo mais perto de compreender a natureza da matéria escura, e resolver um dos maiores mistérios da ciência - por que o Universo se parece com como ele é agora, e como ele irá evoluir no futuro.
O trabalho da equipe foi publicado na Physical Review D .
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Graduado em Física pela UEPB. Mestre em física com ênfase em Cosmologia pela UFCG. Possui experiência na área de divulgação científica com ênfase em astronomia, astrofísica, etnoastronomia, astrobiologia, cosmologia, biologia evolutiva e história da ciência. Possui experiência na área de docência em informática e Física. Artista plástico. Fundador do Projeto Mistérios do Universo. Membro da Associação Paraibana de Astronomia e da Sociedade Astronômica Brasileira. Pai, nerd, colecionador, aficionado pela arte, por livros, pela ciência, pela astronomia e pelo Universo.