Desde que foi descoberta, a Matéria Escura é alvo de muitas dúvidas e hipóteses, tanto quanto a sua existência quanto as suas propriedades.

Bom, mas o que sabemos sobre esse tipo peculiar de matéria, se é que possa ser chamada de matéria mesmo, e como ela afeta a forma como interpretamos o Universo?

Um Pouco de sua História

Próximo ao final do século XIX, fotos de regiões escuras do céu (escuras no sentido de não haver estrela alguma) deixaram os astrônomos da época intrigados, alguns achavam que realmente não haviam estrelas ali, outros já achavam que alguma coisa bloqueara a luz das estrelas na região.

Um físico Escocês, conhecido por Lord Kelvin, foi o primeiro a tentar inferir a quantidade de estrelas que nos cercavam, isto é, a quantidade de estrelas na Via Láctea. Usando uma medida de dispersão ele observou a velocidade com que as estrelas orbitavam o núcleo galáctico e construiu um gráfico com esses valores.

Usando um pouco de matemática somada a estes dados, ele pôde estimar a massa de toda a galáxia. O problema encontrado foi que o valor calculado não passava nem perto da soma das massas das estrelas que se era possível enxergar, o valor era muito maior! Portanto, ele acabou por chegar à conclusão de que a maioria das estrelas não eram visíveis, eram “escuras”.

Mais tarde, por volta de 1930, o astrônomo Fritz Zwicky depois de estudar o aglomerado galáctico de Coma, determinou que o mesmo não tinha massa visível o suficiente para se manter. Enquanto que as mais de 800 galáxias que ele estudou deveriam conter uma dispersão de velocidades de aproximadamente 80 km/s, o real valor encontrado era de 1000 km/s. Como Zwicky citou na época, toda essa velocidade poderia significar que ali havia muito mais massa do que o observado, o que implicaria que a matéria escura seria muito mais abundante no Universo do que se achava.

Ainda mais tarde, na década de 1970, a astrônoma Vera Rubin estudando a curva de rotação da galáxia de Andrômeda, encontrou um resultado bastante contraintuitivo para o que se pensava na época. As estrelas e o gás nas “periferias” do disco de rotação da galáxia pareciam ter uma velocidade de rotação, ao redor do núcleo galáctico, tão alta quanto a matéria que orbitava mais próximas do centro galáctico, o que discordava seriamente com os resultados teóricos.

Gráfico mostrando a curva de rotação da matéria em uma galáxia espiral. Linha branca sendo o resultado medido observacionalmente e a linha vermelha o esperado pela teoria. Crédito: phys.org

Hoje sabemos que tudo isso realmente trata-se de matéria escura, o que ainda não sabemos é o do que ela se trata, será que realmente podemos chamá-la de matéria? Ou será alguma outra “coisa” ou propriedade nova do nosso vasto Universo?

Possíveis Respostas para a Matéria Escura

Hipóteses sobre o conteúdo dessa misteriosa matéria foram sendo criadas com o tempo, com a criação dos termos Matéria Escura Quente e Matéria Escura Fria. Mas o que vem a ser isso?

A característica de ela ser fria ou quente não está ligada diretamente com sua temperatura, mas sim com sua velocidade. Temperatura pode ser entendida como uma medida de energia cinética de partículas, quanto mais quente um corpo está maior a agitação de suas partículas logo mais energia cinética as mesmas possuem, dai os termos Matéria Escura fria ou quente. Sendo partículas mais leves mais capazes de terem velocidades mais elevadas. Logo associa-se partículas muito leves à matéria escura quente e partículas mais pesadas à matéria escura fria.

Sua componente fria já foi especulada como sendo o que chamam de MACHOs (MAssive Compact Halo Objects – Objetos de Halo Compactos e Massivos), como por exemplo os buracos negros formados pelo colapso gravitacional de uma estrela. Entretanto já foram descartados, pois experimentos de microlenteamento mostraram que não são uma alternativa viável para a matéria escura – microlenteamento é um tipo de lente gravitacional.

Ou, também, as chamadas WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles – Partículas Massivas de Interação Fraca) que são um tipo hipotético de partículas que não emitem nem absorvem luz alguma. Essa “Interação Fraca” vem do pressuposto que tais partículas somente viriam a interagir com elas mesmas e com outras partículas através da Força Nuclear Fraca, e também pela Gravidade, claro. Atualmente a hipótese das WIMPs é bastante testada em laboratórios pelo mundo.

Existe todo um modelo de evolução do Universo criado levando-se em conta a matéria escura fria, seu nome é ΛCDM (Lambda Cold Dark Matter ou Lambda-CDM). Além disso, o modelo também leva em conta a Energia Escura – por isso a letra grega Λ – como agente da expansão do Universo.

Modelo Lambda-CDM da expansão acelerada do Universo. Crédito: Alex Mittelmann

Já para sua componente quente tínhamos algumas pistas, como, por exemplo, neutrinos. Entretanto a hipótese da Matéria Escura ser “Quente” foi descartada pois parece não explicar a formação de certas estruturas que observamos no Universo. Isso não significa que a mesma não possa existir, mas caso exista, aparece em tão pouca concentração que – se é que podemos dizer isso – não interfere muito na estrutura geral do Universo.

Entretanto, como o grupo de pesquisas internacional especula, que inclui astrônomos do Observatório Astronômico de Roma, da Agência Espacial de Base de Dados Científicos Italiana e o Observatório de Paris, uma outra passibilidade é de que a Matéria Escura não seja quente nem fria mas morna. Esse termo pode parecer um pouco engraçado porém exemplifica bem o que quer dizer, nesse caso “partículas” de massa média, ainda não descobertas pela ciência.

Fontes:

https://phys.org/news/2011-12-dark.html

https://arstechnica.com/science/2017/02/a-history-of-dark-matter/

https://www.universetoday.com/130499/dark-matter-hot-not/

https://www.universetoday.com/41878/wimps/

http://www.learner.org/courses/physics/unit/text.html?unit=10&secNum=2

http://www.astronomy.com/news/2016/10/vera-rubin

Marco Laversveiler

Graduando de Astronomia pelo Observatório do Valongo da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), interessado principalmente nas áreas de Astrofísica Relativística, Estelar e de Altas Energias.

Ver Todos os Artigos

Adicionar Comentário

O seu endereço de email não será publicado. Campos obrigatórios marcados com *