O Lado Escuro das Galáxias

Continuando a sequência de posts negros, eu vou falar um pouco sobre matéria escura. Da mesma maneira que com buracos negros, este assunto tem um nome misterioso e talvez seja por isso que tem tanta bobagem escrita sobre os temas por aí. Vou tentar deixar mais claro o que entendemos por matéria escura e porque ela é uma das questões da física mais discutida hoje em dia.

A matéria com que estamos acostumados a lidar no dia a dia é formada por átomos. Você tem lá seus elétrons, que são partículas elementares e prótons/nêutrons, que são formados por partículas menores ainda, conhecidas como quarks. Também temos as forças que descrevem as interações entre estas partículas. Tirando alguns problemas (vamos ser otimistas uma vez na vida), conseguimos com isto, explicar o que vemos no universo.

Quer dizer…nem tudo (ok, o otimismo durou um instante). Desde os anos 30 temos observações astrofísicas que não podem ser explicadas com a matéria que conhecemos.  O astrônomo F. Zwicky estudou o movimento de grandes aglomerados de galáxias e percebeu que quando a massa era estimada através da luminosidade de cada galáxia, o resultado era completamente diferente de quando a massa era estimada estudando a velocidade das galáxias. Basicamente, o que ele observou foi que para explicar as velocidades observadas, era necessário uma massa muito maior do que a estimada através da luminosidade. E isto já dá uma ideia de porque chamamos esta coisa de matéria escura.  A estimativa é de que a matéria que conhecemos constitui 5% do universo,  25% seria matéria escura e 70% seria energia escura (que fica pra um próximo post escuro).

Calvin and Hobbes and Dark Matter

Você poderia argumentar que ele fez alguma conta errada, ou a medida da velocidade não está certa. Porém, após esta observação outras medidas de outros fenômenos foram realizadas e todas levam a mesma conclusão: que existe algo no universo, diferente do que conhecemos, que não observamos diretamente mas que possui massa. Para citar algumas destes fenômenos, temos as curvas de rotações de galáxias, a anisotropia da radiação cósmica de fundo, efeitos de lentes gravitacionais e o Bullet Cluster.

O Bullet Cluster consiste na colisão de dois aglomerados de galáxias. Nesta representação, temos a matéria escura em azul e a matéria “normal” em vermelho. Quando a colisão acontece, ocorre uma separação entre as duas, uma vez que a matéria escura praticamente não interage, enquanto que o gás existente entre as galáxias e elas mesmas interagem entre si.  Medidas de raio-x e estudos das distribuições de massas confirmaram este cenário, sendo esta umas das principais evidências da existência da matéria escura.

Mas até aqui só conseguimos inferir duas coisas sobre a matéria escura: primeiro que ela tem massa, ou seja, interage gravitacionalmente e segundo que ela não interage eletromagneticamente ou seja, não emite luz. Poderíamos pensar que o que está faltando na conta são buracos negros, estrelas de nêutrons e outros planetas que não estão emitindo luz. Genericamente, chamamos de MACHO (Massive Compact Halo Object) – faça a piadinha que quiser aqui. Porém, mesmo a massa estimada dos MACHOs não é suficiente para explicar as observações astrofísicas e cosmológicas. Uma segunda possibilidade vem das WIMPs (Weakly Interacting Massive Particle).

A WIMP seria um tipo genérico de partícula que possui massa e interage fracamente. Algumas características mais específicas vem de dados observacionais, mas não entrarei em detalhes. A maior questão é que o Modelo Padrão das partículas elementares não contém nenhuma partícula candidata à matéria escura com estas características.  Diversas extensões do Modelo Padrão preveem candidatos, e isto é algo que poderia ser visto do LHC, mas que até agora ninguém viu nada…Também existem experimentos que buscam detectar diretamente e indiretamente partículas de matéria escura que irei explicar no próximo post.

Em resumo, temos uma série de observações astrofísicas e cosmológicos que indicam a necessidade de existir uma massa maior no universo do que a que vemos. Isto é o que ganhou o nome de matéria escura, um tipo de matéria que tem massa mas não interage da maneira que conhecemos. É um nomezinho pra tudo que a gente não sabe o que é mas que tá por aí atraindo gravitacionalmente outras coisas. Uma série de teorias sobre a matéria escura estão sendo estudadas, havendo a possibilidade de obter alguma informação do LHC. Porém, medidas diretas e indiretas também estão sendo realizadas, a fim de obtermos mais informações sobre ela.

Isto só mostra o quanto ainda temos para aprender e o quanto a ciência tende a evoluir. As evidências vão se acumulando, assim como nosso conhecimento. O fato de sabermos explicar apenas 5% da massa do universo faz parecer que estamos no escuro mas por outro lado, o fato de termos conhecimento disto mostra que estamos aumentando nosso entendimento do universo pouco a pouco e quem sabe… logo a matéria escura poderá ficar clara (ok, agora voltei a ser um pouco otimista).

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