A maior parte do Universo consiste em “matéria” que não pode ser vista, possivelmente imaterial, e interage com outras coisas apenas por meio da força da gravidade. Ah, sim, e os físicos não sabem o que é esse assunto ou por que existe tanto no Universo - cerca de quatro quintos de sua massa.
Os cientistas chamam isso de matéria escura.
Então, onde está essa matéria misteriosa que constitui uma parte tão grande do nosso universo, e quando os cientistas irão descobri-la?
Como sabemos que esse assunto existe
A hipótese da matéria escura foi levantada pela primeira vez pelo astrônomo suíço Fritz Zwicky na década de 1930, quando ele percebeu que suas medições das massas dos aglomerados de galáxias mostravam parte da massa do Universo “ausente”. O que quer que torne as galáxias mais pesadas, ele não emite luz, nem interage com nada além da gravidade.
A astrônoma Vera Rubin, na década de 1970, descobriu que a rotação das galáxias não segue a Lei do Movimento de Newton; estrelas em galáxias (em particular Andrômeda) pareciam girar em torno do centro na mesma velocidade, mas aquelas mais distantes da estrela movem-se mais lentamente. Como se algo acrescentasse massa à parte externa da galáxia que ninguém pudesse ver.
O resto da evidência vem de lentes gravitacionais, que ocorrem quando a gravidade de um objeto grande dobra as ondas de luz ao redor de um objeto. De acordo com a teoria da relatividade geral de Albert Einstein, a gravidade dobra o espaço (como um lutador de sumô pode deformar o tapete em que está) para que os raios de luz se curvem em torno de objetos grandes, mesmo que a própria luz não tenha massa. As observações mostraram que não havia massa visível suficiente para dobrar a luz, como acontecia ao redor de aglomerados de galáxias individuais - em outras palavras, as galáxias eram mais massivas do que deveriam.
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Depois, há a radiação relíquia (CMB), o “eco” do Big Bang e das supernovas. “O CMB nos diz que o universo é espacialmente plano”, disse Jason Kumar, professor de física da Universidade do Havaí. “Espacialmente plano” significa que se você desenhar duas linhas através do universo, elas nunca se cruzam, mesmo que as linhas tenham bilhões de anos-luz de diâmetro. Em um universo com curvas acentuadas, essas linhas se encontrarão em algum ponto do espaço.
Existe agora uma pequena controvérsia entre cosmologistas e astrônomos sobre a existência de matéria escura. Não afeta a luz e não é carregado como elétrons ou prótons. Até agora, ele escapou da detecção direta.
“Isso é um mistério”, disse Kumar. Pode haver maneiras de os cientistas terem tentado "ver" a matéria escura - seja por meio de sua interação com a matéria comum, seja procurando por partículas que poderiam ser matéria escura.
Que matéria escura não é
Muitas teorias surgiram e desapareceram sobre o que é a matéria escura. Um dos primeiros era bastante lógico: a questão estava escondida em massivos objetos astrofísicos compactos halo (MACHOs), como estrelas de nêutrons, buracos negros, anãs marrons e planetas rebeldes. Eles não emitem luz (ou emitem muito pouco), por isso são virtualmente invisíveis aos telescópios.
No entanto, explorar galáxias em busca de pequenas distorções na luz das estrelas produzidas pelo MACHO, passando por elas - chamado de microlente - não poderia explicar a quantidade de matéria escura ao redor das galáxias, ou mesmo grande parte dela. “Os MACHOs parecem estar tão excluídos como sempre”, disse Dan Hooper, pesquisador associado do Laboratório Fermi National Accelerator em Illinois.
A matéria escura não parece ser uma nuvem de gás que não pode ser vista através de telescópios. O gás difuso absorverá a luz de galáxias mais distantes e, no topo desse gás normal, reemitirá radiação em comprimentos de onda mais longos - haverá uma enorme emissão de luz infravermelha no céu. Já que isso não acontece, podemos descartá-lo.
O que poderia ser
Partículas massivas de interação fraca (WIMPs) estão entre os mais fortes candidatos à explicação da matéria escura. Wimps são partículas pesadas - cerca de 10 a 100 vezes mais pesadas que o próton, que foram criadas durante o Big Bang e permanecem em pequeno número hoje. Essas partículas interagem com a matéria normal por meio da gravidade e de forças nucleares fracas. Os WIMPs mais massivos se moverão mais lentamente através do espaço e, portanto, podem ser candidatos para matéria escura "fria", enquanto os mais leves se moverão mais rapidamente e serão candidatos para matéria escura "quente".
Uma maneira de encontrá-los é por meio da “detecção direta”, como o experimento Large Underground Xenon (LUX), que é um recipiente de xenônio líquido em uma mina de South Dakota.
Outra maneira de ver os fracos poderia ser com um acelerador de partículas. Dentro dos aceleradores, os núcleos atômicos são quebrados a uma velocidade próxima à da luz e, no processo, essa energia de colisão é convertida em outras partículas, algumas delas novas para a ciência. Até agora, nada foi encontrado em aceleradores de partículas que se pareçam com suposta matéria escura.
Outra possibilidade: axions. Essas partículas subatômicas poderiam ser detectadas indiretamente pelos tipos de radiação que emitem, como se destroem ou como decaem em outros tipos de partículas ou aparecem em aceleradores de partículas. No entanto, também não há evidência direta para axions.
Uma vez que a descoberta de partículas “frias” pesadas e lentas, como fracos ou áxions, ainda não produziu resultados, alguns cientistas estão olhando para a possibilidade de partículas leves e mais rápidas que causem matéria escura “quente”. Houve um interesse renovado em tal modelo de matéria escura depois que os cientistas encontraram evidências de uma partícula desconhecida usando o Observatório de Raios-X Chandra, no aglomerado Perseus, um grupo de galáxias a cerca de 250 milhões de anos-luz da Terra. Os íons conhecidos neste cluster produzem certas linhas de emissão de raios-X e, em 2014, os cientistas viram uma nova “linha” que poderia corresponder a uma partícula de luz desconhecida.
Se as partículas de matéria escura forem claras, os cientistas terão dificuldade em encontrá-las diretamente, disse Tracey Slater, física do MIT. Ela propôs novos tipos de partículas que podem formar a matéria escura.
"A matéria escura com uma massa abaixo de cerca de 1 GeV é realmente difícil de detectar com experimentos de detecção direta padrão porque eles trabalham procurando por recuos inexplicados de núcleos atômicos … mas quando a matéria escura é muito mais leve do que um núcleo atômico, a energia de recuo é muito pequena", disse Tracy Slater.
Muitas pesquisas foram feitas na busca pela matéria escura e, se os métodos atuais falharem, novos serão conduzidos. Usar hélio líquido “líquido”, semicondutores e até mesmo quebrar ligações químicas em cristais são algumas das novas idéias para detectar matéria escura.
