Matéria Escura: O que é e onde encontrar?

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Em 1884, seis anos antes de suceder George Stokes como presidente da Sociedade Real de Londres, William Thomson, físico-matemático, percebeu algo estranho em suas contas, ao estudar a massa de algumas galáxias. Por exemplo: a soma das massas de todas as estrelas era sempre diferente da massa da galáxia estudada. Boa parte destes imensos aglomerados de corpos celestes era composta não por estrelas normais, concluiu, mas sim por corpos negros.

Henry Poincaré foi quem usou o termo “Matéria Escura” pela primeira vez, em seu trabalho que procurava responder, 22 anos depois, as conclusões de William Thomson. Poincaré afirmou que “a matéria escura existe em muito pouca quantidade comparada com a matéria normal (bariônica), ou talvez nem exista”.

Fritz Zwicky, um astrônomo suíço, trouxe em seu trabalho de 1933 dados bastante surpreendentes — e conclusões ousadas sobre eles: o aglomerado de galáxias Coma não continha matéria visível suficiente para se manter unido. Estrelas que deveriam se mover a 80 quilômetros por segundo para se manterem dentro dos limites da galáxia na realidade se moviam a 1000 e deveriam escapar. Isso significa que existe realmente muito mais matéria escura do que a que nós conhecemos e nos compõe, chamada matéria bariônica.

Só em 1960 houve outro grande salto no estudo da matéria escura, ao chegarem no mundo científico novos dados sobre o movimento de estrelas em galáxias espirais através de Vera Rubin, uma astrônoma americana. Assim como Netuno se move ao redor do Sol mais devagar que Júpiter, e Júpiter mais devagar que a Terra, as estrelas mais próximas do núcleo de uma galáxia deveriam se mover mais rapidamente que as dos seus braços, quando a maior parte da massa está no centro. Mas não é isso que acontece. Uma estrela a 30 quiloparsecs de distância do centro se move praticamente na mesma velocidade que outra a 5 quiloparsecs.

À esquerda, como uma galáxia deveria se mover sem a presença de matéria escura. À direita, como uma galáxia se move de fato. Fonte: Wikipédia.

Vera concluiu que deveria existir 10 vezes mais matéria escura do que matéria composta por átomos nas galáxias, para que elas possam se manter unidas. A única explicação é a existência de uma grande esfera maciça, chamada de halo de matéria escura envolvendo a galáxia. Os dados foram confirmados e esta é a teoria mais aceita na comunidade científica.

Fonte: kurzweilai

Mas, por que este halo não esconde a galáxia dentro dele?

Simulação computacional da formação de uma galáxia em 10 bilhões de anos de evolução.

Não podemos observar a matéria escura porque ela é completamente invisível. Você não enxerga a luz do quarto do vizinho porque a matéria que constitui as paredes absorve luz. A matéria escura não é composta por átomos, e não absorve nadinha. Curioso, não? Este é o motivo pelo qual o halo não pode ser visto. Mas ele interage gravitacionalmente. Ele curva a luz e atrai matéria normal.

Hoje, método mais difundido de estudo de matéria escura — além de procurá-la colidindo partículas no Large Hadron Collider, na esperança de encontrar algo que não seja formado por partículas fundamentais conhecidas — é analisar como as galáxias giram em torno do próprio eixo. Simulações computacionais — onde cria-se um universo com condições iniciais, aplica-se as leis da física de atração gravitacional e, após semanas de processamento, consegue-se obter um resultado muito próximo com o de galáxias reais — são hoje a ferramente mais promissora — já que não dispomos de bilhões de anos para acompanhar a evolução — para entender a estrutura da matéria escura e sua influência na formação do universo.

Essa matéria ainda misteriosa existe em todo lugar. Imagine um metro cúbico onde você está. Nele, probabilisticamente existem 0,0000000000000000000001 kg de matéria escura. A densidade de matéria escura no sistema solar é 1/10²² kg/m³.

Fontes: ArXiv, Arstechnica e Stackexchange.

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