Pense em tudo o que existe no universo. Fornos espaciais gigantes como o nosso sol. Gigantes gasosos, ao lado dos quais nosso planeta será apenas um anão. Fileiras de asteróides correndo pelo espaço vazio. Estrelas distantes a milhares de anos-luz de distância. Tudo isso representa menos de 5% da massa do universo. Onde está o resto? Isso ainda é um mistério. Nosso gigantesco universo poderia ter se formado com partículas de matéria escura que nem mesmo tivemos a oportunidade de observar. Os cientistas estão tentando provar sua existência e, com eles, a existência de "estrelas escuras".
Existe um elemento que pode representar até 25% do universo. Não podemos sentir ou ver isso. Não interage com a luz. Nem mesmo consiste nos blocos de construção aos quais estamos acostumados - elétrons e prótons dentro dos átomos que constituem toda a matéria.
Isso é "matéria escura" e os cientistas vêm tentando entender o que é há décadas. A astrofísica teórica Katherine Freese é uma das que buscam esses misteriosos tijolos da vida. Trinta anos atrás, sua teoria de uma cola invisível que ajudava a moldar o universo levou à construção de aceleradores de partículas subterrâneos em toda a Terra, como as máquinas do CERN. O que eles estão procurando? Essas partículas são chamadas de wimps (WIMPs) e, de acordo com Freese, estrelas feitas desse material fantasmagórico poderiam ter ajudado o cosmos a se formar bilhões de anos atrás.
Wimps (partículas massivas de interação fraca) são partículas grandes que não interagem com forças eletromagnéticas. Isso os torna "escuros" - eles não podem ser observados usando os sensores eletromagnéticos que os humanos têm usado para pesquisar o universo nos últimos cem anos.
Mas, graças à teoria da supersimetria - que implica que cada partícula conhecida tem um equivalente de "antimatéria" - há uma lacuna em nosso atlas de partículas atual, e o WIMPS pode preencher essa lacuna perfeitamente. Eles estão por toda parte, mas não deixam rastros porque relutam em interagir com as partículas comuns ao seu redor.
“Bem, se pegarmos todos os objetos em nossa vida diária - seu corpo, a cadeira em que ele se senta, o ar que respira, as paredes ao nosso redor, adicionar os planetas, adicionar as estrelas - tudo isso é feito de átomos que entendemos, mas toda essa matéria atômica representa apenas 5% do nosso universo - cinco por cento! Portanto, há outros 95% que precisamos entender. E é aí que entra a matéria escura e a energia escura. Quando eles passam por você - bilhões de partículas a cada segundo - você não percebe, porque a interação fraca é realmente fraca, nada acontece."
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“Uma boa analogia para a matéria escura é o vento. Não o vemos, é invisível e, no entanto, temos a certeza de que existe porque as folhas farfalham. O mesmo acontece com a matéria escura. Vemos que junta as coisas … é matéria, o que significa que sente a gravidade. Ela se encolhe e junta as coisas. Sabemos que existe por isso, mas não sabemos em que consiste."
Se os covardes existem - e Freese tem certeza de que existem - eles deveriam ter aparecido logo após o Big Bang.
Freese explorou essa teoria com os colegas astrofísicos Paolo Gondolo da Universidade de Utah e Doug Spoliar da Universidade de Estocolmo, na Suécia. Eles procuraram pelas primeiras "estrelas escuras" que se formaram nos primeiros dias do universo.
Apesar do nome, essas estrelas antigas eram deslumbrantes - elas viviam da aniquilação da matéria escura. E alguns deles poderiam viver nos cantos mais distantes do Universo, brilhando radiante.
"Estrelas escuras começaram com a mesma massa do Sol, mas podiam crescer cada vez mais até se tornarem uma massa de milhões de sóis e bilhões de vezes mais brilhantes."
“O próximo grande telescópio, o Telescópio Espacial James Webb, uma extensão do famoso Telescópio Espacial Hubble, será capaz de encontrar estrelas escuras. Fazendo isso, não só encontraremos um tipo completamente novo de estrelas, o que já é surpreendente por si só, mas também provaremos que vivem de WIMPs. Portanto, o problema será resolvido por si mesmo."
E isso pode significar o fim de um dos desafios mais difíceis da ciência moderna. Os cientistas vêm tentando resolver o problema da matéria escura desde os anos 1930, mas indícios de sua existência apareceram muito antes disso.
“Quando as pessoas estudaram o movimento do Sol e dos planetas ao seu redor, perceberam que os planetas centrais se movem muito rapidamente, mas quanto mais longe do centro, mais lento o movimento”, diz Freese.
"Então eles pensaram, ok, essas são as leis de Newton, nós as conhecemos, essas são as leis da natureza, vamos olhar para estruturas maiores - galáxias e aglomerados de galáxias."
“Mas não foi isso que eles descobriram: eles descobriram que conforme você se move do centro da galáxia, tudo se move na mesma velocidade. Foi muito estranho."
Freese acredita que as estrelas e planetas que vemos no céu noturno são o culminar de uma longa cadeia de reações que começou com essas partículas fracamente interagindo. E ela diz que sem partículas de matéria escura, o universo não poderia ter se tornado o que é. "As estruturas em que vivemos, galáxias e aglomerados de galáxias, não poderiam ter se formado se a matéria escura não tivesse formado a teia cósmica em que vivemos."
“Ou seja, primeiro a matéria escura se reuniu, e depois os átomos comuns, nêutrons e prótons e assim por diante, junto com a matéria escura, formaram protogaláxias, que levaram ao aparecimento de galáxias, planetas e estrelas. Mas para começar a formar essa estrutura, é necessária matéria escura."
ILYA KHEL
