O que é matéria escura? Cerca de 85% do universo é composto de algo que nunca vimos, nunca tocamos e o pior nem sabemos o que é. Não é espaço vazio. Não é gás invisível. Não é nenhuma partícula conhecida. É algo misterioso que está em todo o cosmos. Sua existência é inferida pelos efeitos gravitacionais que produz, porque sem ela, o universo não se sustenta. Chamamos isso de matéria escura. Talvez o maior mistério que a ciência já tenha enfrentado.
O que é matéria escura e por que o universo não fecha as contas
Tudo começou quando o astrônomo suiço chamado Fritz Zwicky em meados de 1933 estava estudando sobre o movimento de galáxias num agrupamento de galáxias cujo nome é Coma. O que ele viu não fazia sentido.
As galáxias se moviam rapidamente e a gravidade não seria suficiente para esse movimento. Deveriam ter se espalhado pelo universo, mas não se espalharam. Zwicky concluiu que havia um mistério ali. Havia uma força invisível que produzia gravidade sem emitir luz. A isso ele chamou de dunkle Materie, matéria escura. Por muitos ninguém levou a sério. Até que Vera Rubin, astrônoma americana, analisou dados que não podiam ser ignorados.
Em meados da década de 1970, Rubin estava analisando a velocidade de rotação de galáxias espirais, como a Via Láctea. A física newtoniana clássica aponta que as estrelas nas bordas de uma galáxia deveriam girar mais devagar em relação àquelas que estão no centro
O que o astrônomo via era que as estrelas que estavam nas bordas giravam na mesma velocidade, ou até mais rápido. É como se tivesse muito mais gravidade do que a matéria visível poderia explicar. Imagine um carrossel. Se girarmos as crianças das bordas com mais velocidade, elas voam para fora do brinquedo. As estrelas das bordas deveriam ter esse mesmo princípio. Não fazem. Algo invisível as segura.
Esse algo é a matéria escura.
O que a matéria escura NÃO é
Para simplificar o entendimento é mais fácil dizer o que foi ignorado.
Não é espaço vazio O vácuo do espaço tem propriedades físicas, mas não produz gravidade da forma que precisamos para explicar o movimento das galáxias.
Não são buracos negros comuns Buracos negros são feitos de matéria normal, só muito concentrada. Seriam necessários buracos negros em quantidades impossíveis para explicar toda a matéria escura observada.
Não é gás escuro ou poeira Gás e poeira absorvem e emitem radiação. Detectaríamos. A matéria escura não interage com luz de nenhuma forma.
Não é antimatéria Antimatéria interage com a matéria normal de forma violenta, produzindo explosões de energia. Detectaríamos isso também.
Não é um erro nos cálculos Essa foi a primeira hipótese de muitos físicos: talvez a lei da gravidade funcione diferente em escalas galácticas. Décadas de testes não encontraram nenhuma falha na gravitação de Newton ou Einstein que explique o fenômeno.
A matéria escura não é nenhuma dessas coisas. É algo genuinamente novo.
O que é matéria escura: os candidatos mais prováveis
Entender o que é matéria escura passa por conhecer os candidatos que os físicos investigam.
WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles) — Partículas Massivas de Interação Fraca É a hipoósete mais aceita pelos cientistas há vários anos. São partículas pesadas que interagem com a matéria normal usando apenas a força gravitacional e por uma pequena força nuclear, o que explica o porque não a detectamos facilmente. Inúmeros sensores foram colocados ao redor do mundo para identificar as WIMPS e até o momento nada foi encontrado.
Áxions Partículas hipotéticas extremamente leves, previstas pela física teórica por razões completamente independentes da matéria escura. Se existirem, poderiam explicar boa parte do que observamos. Experimentos como o ADMX nos Estados Unidos estão ativamente à procura deles.
Neutrinos pesados Neutrinos são partículas reais que já detectamos, atravessam bilhões de quilômetros de matéria sem interagir com nada. Se existissem versões muito mais massivas, poderiam contribuir para a matéria escura. Mas os modelos atuais sugerem que não seriam suficientes para explicar tudo.
Como sabemos que existe
Se não vemos, tocamos e não detectamos como podemos definir que ela existe?
Algumas evidências nos direcionam para a mesma conclusão:
Lentes gravitacionais A gravidade dobra a luz, isso Einstein já previa e foi confirmado. Quando observamos objetos distantes através de aglomerados de galáxias, a luz se dobra mais do que a matéria visível poderia causar. Algo invisível está dobrando essa luz. É possível literalmente mapear a distribuição da matéria escura pelo universo observando como ela distorce imagens de objetos ao fundo.
O Bala Cluster O Bala Cluster é considerada a prova mais direta de o que é matéria escura na prática. Em 2006, astrônomos observaram a colisão de dois aglomerados de galáxias, um evento cósmico catastrófico onde bilhões de estrelas e nuvens de gás se chocaram. Durante a colisão, o gás quente, matéria normal, ficou para trás, freado pela pressão do impacto. Mas as lentes gravitacionais mostraram que a maior parte da massa continuou em frente, sem ser freada.
Algo passou direto pela colisão sem interagir com nada. Esse algo é a matéria escura, e o Bala Cluster é considerada a evidência mais direta de sua existência.
A teia cósmica Simulações computacionais do universo com matéria escura reproduzem perfeitamente a estrutura que observamos, galáxias agrupadas em filamentos e nós, separadas por vastos vazios. Simulações sem matéria escura produzem universos que não se parecem em nada com o que existe. A matéria escura não é apenas necessária para explicar galáxias individuais, é necessária para explicar a estrutura do universo inteiro.
Por que isso importa para a ficção científica
A matéria escura é um dos temas que a ficção científica ainda não explorou com a profundidade que merece.
Em Star Trek, Star Trek: The Next Generation, Star Trek: Deep Space Nine, Star Trek: Voyager e produções mais recentes, a matéria escura aparece ocasionalmente como fenômeno astronômico ou anomalia espacial, mas raramente é o foco principal da trama.
Talvez porque seja difícil dramatizar algo que, por definição, não interage com nada. Não emite luz, não explode, não pode ser tocado.
Mas a pergunta que ela levanta é profundamente dramática: vivemos num universo onde a maioria do que existe é invisível para nós. Toda a nossa história, toda a nossa ciência, toda a nossa percepção de realidade, foi construída sobre apenas 15% do que realmente está lá.
O que está nos outros 85%?
O que ainda está por descobrir
A busca por o que é matéria escura é uma das maiores apostas da física moderna. Detectores cada vez mais sensíveis são enterrados em minas profundas para filtrar a radiação cósmica. Aceleradores de partículas tentam produzi-la artificialmente. Telescópios espaciais mapeiam sua distribuição pelo cosmos.
Até agora, nada de confirmado.
Existe a possibilidade, considerada seriamente por alguns físicos, de que a matéria escura seja algo tão radicalmente diferente do que imaginamos que nossas teorias atuais nem têm linguagem para descrevê-la. Que quando a encontrarmos, se a encontrarmos, será como Newton tentando explicar a mecânica quântica. Os conceitos simplesmente não existem ainda.
A matéria escura nos lembra que o universo não tem obrigação de caber na nossa compreensão. E talvez seja exatamente isso que torna a ciência, e a ficção científica, tão fascinantes.
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