80% DA MATÉRIA DO UNIVERSO É ESCURA E NÃO INTERAGE COM A LUZ, SENDO ESSE UM DOS ASPECTOS MAIS ENIGMÁTICOS DA COSMOLOGIA MODERNA. AS EVIDÊNCIAS DA SUA EXISTÊNCIA SÃO GIGANTES, PORÉM INFORMAÇÕES SOBRE A SUA REAL COMPOSIÇÃO PERMANECEM ESCASSAS.
EM UMA GALÁXIA ESPIRAL COMUM, A PROPORÇÃO ENTRE MATÉRIA ESCURA E MATÉRIA LUMINOSA É PRÓXIMA DE 10 PARA 1.
Em 1933, pouco depois da confirmação de galáxias além da Via Lactea e do reconhecimento inicial de aglomerados de galáxias como estruturas físicas. Fritz Zwicky fez a primeira tentativa rigorosa para estimar a massa das galáxias. Ele pesquisou vários métodos, sendo que o mais curioso foi uma técnica matemática conhecida como teorema do Virial - um modo de estimar a massa de galáxias de um aglomerado a partir de seu movimento e de sua posição. Quando Zwicky aplicou esse teorema ao conhecido aglomerado de Coma, encontrou que suas galáxias estavam se comportando como se tivessem 400 vezes a massa sugerida por suas luzes visíveis. Ele atribuiu essa diferença ao dunkle materie, ou matéria escura.
As ideias de Zwicky amarravam-se às descobertas de Jan Oort, que estava ocupado mais perto de casa, medindo a rotação da Via Láctea. Oort descobriu que, enquanto a velocidade de objetos orbitando o centro da nossa galáxia (exatamente como os planetas mais distantes do nosso próprio sistema solar orbitam mais lentamente em torno do Sol), eles não vão tão mais devagar quanto seria de se esperar se a distribuição de massa da Via Láctea fosse a mesma que de suas estrelas. Oort, portanto, sugeriu que há uma grande quantidade de matéria invisível enchendo a região do halo da Via Láctea, além dos braços espirais visíveis.
Apesar das investigações iniciais, o estudo da matéria escura foi tirado de pauta durante diversas décadas pelos progressos em outros campos da astronomia. A descoberta de imensas nuvens de gás interestelar visíveis em comprimento de ondas de rádio - muitas das quais mapeadas pelo próprio Oort - pareceu resolver a questão. Ficou provado como certo que as galáxias realmente contém muito mais matéria do que o sugerido pela luz visível. À medida que telescópios em foguetes e satélites abriram ainda mais o espectro do invisível a partir de 1950, mais desse material, de nuvens de poeira infravermelha entre as estrelas a gás de raios X quente em torno de aglomerados de galáxias, foi trazido à luz.
Redescoberta da matéria escura
Assim o problema foi deixado de lado até 1975, quando a astrônoma norte-americana Vera Rubin publicou os resultados de sua diligente nova investigação a respeito do problema da rotação galáctica. Ela descobriu que, uma vez que todo gás e poeira interestelar foram levados em conta, as órbitas das estrelas ainda não estavam se comportando como deveriam. Os números de Zwicky eram significativamente excessivos, mas as galáxias pareciam se comportar como se pesassem cerca de 6 vezes mais do que a matéria visível dentro delas.
As alegações de Rubin eram compreensivelmente controversas, mas seu trabalho foi meticuloso, e assim que foi confirmado independentemente em 1978, a maior parte dos astrônomos voltou sua atenção à questão de saber se a matéria escura existia, o que poderia ser e como poderia ser estudada.
A maior parte das tentativas para explicar a matéria escura caiu em duas categorias: se isso se deve a grandes quantidades de matéria ordinária que nós simplesmente não vemos, porque mal emitem radiação (chamada matéria escura bariônica), ou se a alguma forma nova e exótica de material (matéria escura não bariônica). Noa anos 1980, os astrônomos cunharam acrônimos fáceis de serem lembrados para os dois candidatos mais prováveis - MACHOs [massive astrophysical compact halo objects] bariônicos e WIMPs [weakly interacting massive particles] não bariônicos.
Os MACHOs (objetos de halo maciços compactos) são acúmulos pequenos, mas densos, de matéria normal que se pensam estar em órbita nos halos galácticos. Entre esses objetos pedem estar hipotéticis planetas desgarrados, buracos negros, estrelas de nêutrons mortas e anãs brancas esfriadas. Esses objetos poderiam ter passado amplamente despercebidos sob telescópios antigos, e podem ter sido responsabilizados por uma grande quantidade de massa. Entretanto, progressos na tecnologia dos telescópios e engenhosas novas técnicas permitiram buscar intensivas na região do halo galáctico nos anos 1990. Embora tenham sido detectados alguns objetos desgarrados, pesquisadores concluíram que eles simplesmente não existem em número necessário para fazer uma contribuição significativa para a matéria escura.
A busca de WIMPs
Tendo os MACHOs sido desconsiderados, astrônomos e cosmólogos ainda ficaram com a inquietante ideia de WIMPs exóticos - material fantasmagórico que de algum modo existe em conjunção com a matéria bariônica do dia a dia, mas raramente interage com ela. As partículas WIMP não absorvem, espalham ou emitem luz, e podem passam direto através der átomos de matéria normal com se eles não existissem. O único modo de "ver" essas partículas é pelos efeitos de suas gravidades sobre outros objetos.
O primeiro passo importante para compreender os WIMPs é medir sua distribuição em relação à matéria normal: será que são "frias", unidas em torno, em associação próxima, a objetos luminosos; ou "quentes", voando através de grandes distâncias e mantendo apenas a conexão mais fraca com o universo visível? Desde os anos 1990, os astrônomos vem desenvolvendo uma nova técnica para pesar, e até mapear, matéria escura usando lentes gravitacionais, o modo pelo qual grandes concentrações de massa, como aglomerados de galáxias, dobram e distorcem a luz de objetos mais distantes (uma consequência da Relatividade Geral). Ironicamente Zwicky estava defendendo o uso das lentes gravitacionais para pesar galáxias ainda em 1937, mais de 40 anos antes de os primeiros exemplos desses objetos terem sido descobertos.
Ao comparar a força dos efeitos das lentes (dominados pela matéria escura) com a luz de matéria visível, os pesquisadores descobriram que as duas tendem a ter distribuição semelhante, sugerindo que a matéria escura fria é o tipo dominante. Matéria escura quente, incluindo neutrinos (a única forma de WIMP a ser descoberto experimentalmente até agora), faz uma contribuição relativamente menor. Mesmo assim, apesar desses sucessos, a própria natureza do mistério da matéria escura faz com que seja mais provável que sua resolução seja dada por meio de pesquisas em aceleradores de partículas como o Grande Colisor de Hádrons do que por observações telescópicas.
IDEIA CONDENSADA: OITENTA POR CENTO DA MASSA DO UNIVERSO É FEITA DE MISTERIOSA MATÉRIA INVISÍVEL.
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Pesquisa / Research: Livro - 50 Ideias de Astronomia (Giles Sparrow) - 2018.
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A matéria bariônica se refere a todo o material composto principalmente de prótons, nêutrons e elétrons. Porém, é um termo geralmente empregado pelos astrônomos no estudo das interações gravitacionais da macroestrutura. A princípio, o agrupamento de partículas subatômicas que formam o hidrogênio, o hélio e os elementos mais pesados, além de ser o “berçário das estrelas”, afeta as galáxias “gravitacionalmente”. Neste contexto cosmológico, a matéria bariônica é comumente atribuída ao gás e à poeira cósmica de onde nascem novas estrelas.
Os astrônomos advertem que a matéria bariônica não deve ser confundida com a matéria escura, que também se considera em parte bariônica. Embora diferentes, estas duas formas de "matéria escura", têm como característica comum, a pouca ou nenhuma emissão de luz ao serem extremamente difíceis de se observar no espaço. A matéria bariônica visível ocupa cerca de 4% do universo que conhecemos, onde 22% é "matéria escura" (bariônica e não-bariônica). Vale frisar, que na escuridão cósmica, é grande a possibilidade de haver de fato a manifestação da matéria não-bariônica, sempre relacionada a uma forma exótica de matéria fantasmagórica que exerce atração gravitacional e também a chamada energia escura, uma força de ação repulsiva que permea todo o espaço.
A distribuição de matéria bariônica ao longo do cosmos é detectada não pelo quanto ela brilha (em estrelas e galáxias), mas pela quantidade de luz que ela bloqueia.
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