Lentes gravitacionais dentro do aglomerado de galáxias CL0025 + 1654, mapeado pelo Telescópio Espacial Hubble, revelaram um enorme halo de matéria escura (em azul) que deve envolver as galáxias mais brilhantes.
Os astrônomos poderiam estar mais confiantes sobre sua imagem do universo se não fosse pela matéria escura. As observações mostram que o universo é povoado por alguma forma invisível de matéria – e em grande quantidade.
Os astrônomos tentam “pesar” o universo de várias maneiras. Eles observam os efeitos da matéria escura em objetos astronômicos que variam de pequenos a grandes.
A matéria escura foi postulada pelo astrônomo holandês Jan Oort em 1930, quando ele estudou o movimento das estrelas na vizinhança do Sol. Como a galáxia não estava se separando, ele raciocinou, matéria suficiente deve residir no disco para impedir que as estrelas se afastem do centro da galáxia. Oort postulou que na vizinhança do Sol, existia três vezes mais matéria escura do que matéria brilhante.
Evidências mais fortes vieram depois, quando os astrônomos examinaram os discos luminosos e halos de galáxias. Ao estudar as curvas de rotação galáctica, os astrônomos podem vislumbrar como parte da matéria escura é distribuída.
O processo funciona assim: a lei da gravidade de Newton diz que estrelas girando em torno do centro de uma galáxia devem diminuir drasticamente quanto mais longe estão do centro galáctico. Mas as curvas de rotação das galáxias são “planas”, o que significa que as estrelas em uma órbita de galáxia individual a uma velocidade constante independente de quão longe do centro da galáxia estão. A explicação mais lógica para isso é que halos esféricos massivos de matéria escura cercam a matéria visível nas galáxias.
Outras pistas para a existência de matéria escura vêm do estudo de aglomerados de galáxias. Também na década de 1930, o astrônomo americano Fritz Zwicky deduziu que nuvens muito maiores de matéria escura existiam no aglomerado de galáxias Coma, a cerca de 300 milhões de anos-luz da Terra. Observando os deslocamentos Doppler de galáxias individuais no aglomerado, Zwicky concluiu que 10 vezes mais massa do que a detectada pela luz visível deve estar presente para manter as galáxias gravitacionalmente ligadas.
Um dos grandes mistérios das últimas décadas concentra-se em uma questão muito básica sobre a matéria escura: o que exatamente compõe essa matéria? Ao longo dos anos, os cientistas propuseram muitas possibilidades diferentes, e cada uma tem seus próprios pontos fortes e fracos em termos de explicar as observações dos astrônomos. Eles incluem um grande número de neutrinos normais; MACHOs (objetos halo compactos massivos), como anãs marrons, estrelas de nêutrons e buracos negros; e WIMPs (partículas massivas de interação fraca), como partículas exóticas, axions, neutrinos massivos e fotinos.
Seja o que for que consista, a matéria escura carrega enormes implicações para a estrutura e o futuro do cosmos, uma vez que é responsável por 26 por cento da massa-energia total do universo. Cerca de 85 por cento da matéria no universo consiste em matéria escura bariônica e não bariônica. (Bárions são partículas que consistem em três quarks que interagem por meio da força nuclear forte – incluindo prótons e nêutrons.)
De matéria escura não bariônica, existem dois candidatos: matéria escura quente (HDM) e matéria escura fria (CDM). A “temperatura” em cada modelo se refere às velocidades das partículas. Neutrinos representam o candidato HDM mais provável, enquanto WIMPs são os favoritos das possibilidades de MDL. Os MACHOs, que são uma forma de matéria escura bariônica, constituem apenas uma pequena porcentagem do total.
Um universo dominado por HDM sugeriria que pouca matéria existe entre aglomerados de galáxias; no entanto, observações ao longo da última década mostraram que esse não é o caso, desacreditando amplamente o modelo HDM do universo.
Se um grande número de neutrinos tivesse sido criado no universo primitivo, eles provavelmente teriam suavizado as ondulações na radiação cósmica de fundo.
Isso não aconteceu. A grande maioria da matéria escura, portanto, deve existir em alguma forma de CDM. As probabilidades tendem para partículas massivas, exóticas e de movimento relativamente lento. Mas os astrônomos devem dar grandes passos antes de sabermos a identidade exata da matéria escura, um dos maiores mistérios astronômicos do século.
Publicado em 21/09/2020 15h04
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