A matéria escura é a substância mais misteriosa e inerte do universo. Seus efeitos gravitacionais explicam a rotação das galáxias, o movimento dos aglomerados e as estruturas de maior escala em todo o universo. Mas em uma escala menor, é muito pequeno para afetar o movimento do sistema solar, a matéria da Terra ou a origem e evolução do homem. Dito isso, a gravidade que a matéria escura fornece é absolutamente essencial para os ingredientes básicos que compõem a vida como nós e um planeta como a Terra. Sem matéria escura, não poderia haver vida no Universo.
As estrelas produzem 100% da luz que vemos no universo, mas apenas 2% de sua massa. Quando olhamos para os movimentos de galáxias, aglomerados e outros, descobrimos que a quantidade de massa gravitacional supera a massa estelar em 50 vezes. Alguém poderia pensar que outros tipos de matéria comum poderiam explicar essa diferença. Afinal, descobrimos muitos outros tipos de matéria no universo além das estrelas:
- os restos de uma estrela como anãs brancas, estrelas de nêutrons e buracos negros;
- asteróides, planetas e outros objetos, cuja massa é muito pequena para ser estrelas;
- gás neutro nas galáxias e o espaço entre elas;
- poeira bloqueadora de luz e regiões nebulosas;
- plasma ionizado, que é abundante no meio intergaláctico.
Todas essas formas de matéria comum - ou matéria que originalmente consistia nas mesmas coisas que nós: prótons, nêutrons e elétrons - contribuem. O gás e o plasma, em particular, contribuem com mais do que a soma de todas as estrelas do universo. Mas mesmo se somarmos todos esses componentes, obteremos apenas 15-17% da quantidade total de matéria necessária para explicar a gravidade. Para o resto do movimento que vemos, precisamos de uma forma de matéria que não apenas difere dos prótons, nêutrons e elétrons, mas também não corresponda a nenhuma partícula conhecida do Modelo Padrão. Precisamos de algum tipo de matéria escura.
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Um pequeno grupo de cientistas é contra a adição de algum tipo de fonte invisível de massa, mas sim por mudar as leis da gravidade. Esse modelo tem dificuldades, incluindo a incapacidade de reproduzir o conjunto completo de observações, incluindo o movimento de galáxias individuais em aglomerados, o fundo de micro-ondas cósmico, colisões de aglomerados de galáxias e a rede cósmica gigante da estrutura observada em grande escala do Universo. Há também outra evidência importante que aponta para a existência de matéria escura. Você ficará surpreso, mas esta é a nossa existência.
Irá surpreendê-lo que não só precisamos da matéria escura para explicar fenômenos astrofísicos como a rotação galáctica, o movimento dos aglomerados e suas colisões, mas também para explicar a própria origem da vida.
Para entender por que, você precisa se lembrar que o Universo começou com um estado quente e denso - o Big Bang - quando tudo estava na forma de um mar praticamente homogêneo de partículas separadas, livres e de alta energia. À medida que o Universo esfriava e se expandia, prótons, nêutrons e os núcleos mais leves (hidrogênio, hélio, deutério e um pouco de lítio) se formavam, mas nada mais. Faz apenas dezenas ou centenas de milhões de anos atrás que essa matéria colapsou em regiões densas o suficiente para formar estrelas e, finalmente, galáxias.
Tudo isso teria acontecido, embora de forma um pouco diferente, com ou sem matéria escura. Mas para os elementos necessários para a vida proliferar em abundância - carbono, oxigênio, nitrogênio, fósforo, enxofre - eles devem ser fundidos nos núcleos das estrelas mais massivas do universo. Não nos torna nem quentes nem frios; para que formem planetas sólidos, moléculas orgânicas e vida, precisam primeiro lançar esses átomos pesados no meio interestelar, onde voltarão a se tornar estrelas, já nas próximas gerações. Isso requer uma explosão de supernova.
Observamos essas explosões em grande detalhe e sabemos, em particular, com que rapidez esse material é ejetado das estrelas em seus estertores de morte: a milhares de quilômetros por segundo. (Os restos da supernova Cas A ejetaram material a velocidades de 5.000 e até 14.500 km / s!). Embora esse número possa parecer pequeno, especialmente dada a velocidade da luz, lembre-se de que nossa própria estrela está orbitando na Via Láctea a uma velocidade de apenas 220 km / s. Se o Sol girasse pelo menos três vezes mais rápido, já estaríamos fora da atração gravitacional de nossa galáxia - seríamos expulsos.
Remanescentes de supernova ejetam matéria mais pesada, mas graças à poderosa atração gravitacional de um halo de matéria escura alongado e difuso, estaremos mantendo a maior parte dessa massa dentro de nossa própria galáxia. Com o tempo, a matéria retornará às regiões normais ricas em matéria normal, formará nuvens moleculares neutras e formará a base para as gerações subsequentes de estrelas, planetas e, o mais interessante, combinações moleculares orgânicas.
Mas sem a atração adicional do halo massivo de matéria escura em torno da galáxia, a vasta maioria do material ejetado de uma supernova deixaria a galáxia para sempre. Ele sempre flutuará no ambiente intergaláctico, mas nunca fará parte das futuras gerações de sistemas estelares. No Universo sem matéria escura, teríamos estrelas e galáxias, mas os planetas seriam apenas gigantes gasosos, não haveria mundos sólidos, nem água líquida e nem vida. Sem a abundância de elementos pesados fornecidos por gerações de estrelas massivas, a vida de base molecular nunca existiria.
Acontece que o massivo halo de matéria escura que envolve nossa galáxia, que permitiu o surgimento de vida a partir do carbono, que escolheu a Terra como seu lar - ou outra coisa - vale a pena agradecer por tudo isso. À medida que nos aprofundamos cada vez mais nos princípios do universo, entendemos que a matéria escura é absolutamente necessária para o surgimento da vida. Sem ele, não haveria química, elementos complexos, biologia, planetas sólidos, vida - e nós.
ILYA KHEL
