Quebra de simetria em 'tetraedros galácticos' ligada à violação de paridade – Physics World

Quebra de simetria em 'tetraedros galácticos' ligada à violação de paridade – Physics World

Carimbo de data / hora: 13 de junho de 2023 9h58

galáxias JWST
Violação de paridade: imagem de galáxias obtida pelo Telescópio Espacial James Webb. Os astrônomos encontraram evidências de que a violação de paridade no início do universo afeta a distribuição das galáxias hoje. (Cortesia: NASA/ESA/CSA/JWST)

Astrônomos nos EUA descobriram uma assimetria inesperada nas posições relativas de galáxias que são centenas de milhões de luz-anos separados. O fenômeno poderia ser explicado por uma quebra da simetria das leis da natureza que se acredita ter ocorrido logo após o Big Bang. Como resultado, a observação pode ajudar a explicar por que parece haver muito mais matéria do que antimatéria no universo observável.

A descoberta foi feita analisando um banco de dados de mais de um milhão de galáxias observadas pelo Levantamento Espectroscópico de Oscilação Bariônica (CHEFE). A pesquisa foi feita por Jiamin Hou e Zachary Slepian na Universidade da Flórida e Robert Cahn no Lawrence Berkeley National Laboratory, na Califórnia, que descobriu o padrão inesperado.

A observação está relacionada à simetria de paridade, que se aplica às interações eletromagnéticas e gravitacionais de longo alcance no Modelo Padrão da física de partículas. A paridade requer que um sistema físico se comporte da mesma maneira que sua imagem espelhada. As mãos humanas, por exemplo, são imagens espelhadas uma da outra, mas as leis da física se aplicam igualmente às mãos direita e esquerda.

violação de paridade

No mundo microscópico, entretanto, a simetria de paridade pode ser violada pela interação fraca e possivelmente pela interação forte – ambas atuando a distâncias muito curtas.

O trio explorou a simetria de paridade em grande escala, desenhando linhas entre quadrigêmeos de galáxias separadas por distâncias entre 65 milhões e 500 milhões de luz.-anos. Como eles mostraram em um artigo recente em Physical Review Letters, os tetraedros criados por este exercício poderiam então ser analisados ​​quanto à evidência de violação de paridade.

Agora, eles relatam o resultado de tal estudo, que Slepian descreve como uma “enorme surpresa”.

A equipe definiu tetraedros galácticos destros e canhotos com base em como as galáxias estavam conectadas a seus parceiros mais próximos e mais distantes. Eles descobriram que havia significativamente mais galáxias com um tipo de lateralidade do que o outro.

tetraedros galácticos

“Para qualquer distribuição de galáxias, assumimos que o agrupamento é invariante sob rotação em qualquer galáxia”, explica Slepian. “Então, se eu estiver sentado em uma galáxia, devo ver que o padrão de agrupamento é, em média, o mesmo onde quer que eu gire minha cabeça e olhe. No entanto, em vez disso, vemos um excesso de tetraedros sobre suas imagens espelhadas”.

Apesar da força do efeito, a razão dessa lateralidade permanece um mistério. A gravidade é a única força conhecida que pode atuar nas enormes distâncias que separam as galáxias e não deve violar a paridade. Em vez disso, Slepian diz que a assimetria “deve ter sido impressa ainda mais cedo na história do universo, quando outras forças estavam em jogo”.

Isso nos leva de volta ao período da inflação cósmica, que ocorreu por volta de 10-33 É depois do Big Bang. Nesse ponto, o universo experimentou um breve período de expansão extremamente rápida. Os físicos acreditam que as flutuações quânticas durante a inflação se expandiram desde então para se tornar a estrutura em larga escala do universo. Portanto, qualquer violação de paridade presente durante a inflação pode se tornar impressa em como as galáxias são distribuídas no universo 13.7 bilhões de anos depois.

 A origem desta violação de paridade permanece desconhecida. “Pode ter sido uma nova força, ou uma nova partícula, agindo em escala quântica naquele momento”, diz Slepian.

antimatéria ausente

Essa observação potencial de violação de paridade em como as galáxias são distribuídas é uma notícia empolgante. Além de sugerir a existência de física além do Modelo Padrão, também poderia ajudar a resolver outro dos mistérios mais profundos da física: por que há muito mais matéria do que antimatéria no universo.

O Modelo Padrão prevê que quantidades iguais de matéria e antimatéria deveriam ter sido formadas no Big Bang. Se isso tivesse acontecido, matéria e antimatéria teriam se aniquilado, deixando o universo sem nenhuma delas. Felizmente para nós parece ter sobrado um excesso de matéria – um fenômeno chamado bariogênese.

É possível que o mecanismo que causou a violação de paridade que levou a esta última observação astronômica também esteja relacionado à bariogênese.

“Existe uma série de mecanismos que podem causar violação de paridade, todos bastante especulativos”, diz Slepian. Ele cita partículas hipotéticas chamadas axions, ou uma das forças fundamentais que se comportam de maneira diferente nas altas energias do Big Bang. “Embora não seja garantido que qualquer mecanismo que esteja produzindo essa violação de paridade nas galáxias também possa explicar a bariogênese, acho que certamente pode haver uma relação”.

Embora a existência dessa assimetria galáctica não tenha sido estabelecida além de qualquer dúvida, as descobertas fornecem fortes evidências de inflação e física além do Modelo Padrão. No entanto, um erro sistemático nos dados pode ser responsável pela observação. “Vou me sentir muito melhor quando o mesmo sinal for visto em um conjunto de dados diferente obtido por um instrumento diferente com software diferente e pessoas diferentes”, diz Slepian.

Slepian, Hou e Cahn são todos membros da equipe científica do Instrumento Espectroscópico de Energia Escura (DESI) no Observatório Nacional de Kitt Peak. Ele observará mais de 35 milhões de galáxias, e o trio pretende usar o DESI para fazer mais observações para confirmar suas descobertas.

Os resultados são descritos em Avisos mensais da Royal Astronomical Society.

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