As 11 maiores perguntas sem resposta sobre matéria escura

Na década de 1930, um astrônomo suíço chamado Fritz Zwicky notou que galáxias em um aglomerado distante estavam orbitando umas às outras muito mais rápido do que deveriam ter sido dada a quantidade de massa visível que tinham. Ele propôs que uma substância invisível, que ele chamou de matéria escura, poderia estar puxando gravitacionalmente sobre essas galáxias.

Desde então, pesquisadores confirmaram que esse material misterioso pode ser encontrado em todo o cosmos, e que é seis vezes mais abundante do que a matéria normal que compõe coisas comuns como estrelas e pessoas. No entanto, apesar de ver matéria escura em todo o universo, os cientistas ainda estão coçando a cabeça sobre ela. Aqui estão as 11 maiores perguntas sem resposta sobre matéria escura.

O que é matéria escura?

Primeiro e talvez mais perplexo, os pesquisadores permanecem inseguros sobre o que exatamente é matéria escura. Originalmente, alguns cientistas conjecturam que a massa perdida no universo era composta de pequenas estrelas fracas e buracos negros, embora observações detalhadas não tenham aparecido quase o suficiente para explicar a influência da matéria escura, como o físico Don Lincoln, do Fermilab do Departamento de Energia dos EUA, escreveu anteriormente para a Live Science . 

O atual principal candidato para o manto da matéria escura é uma partícula hipotética chamada partícula maciça fracamente interagindo, ou WIMP, que se comportaria como um nêutron, exceto seria entre 10 e 100 vezes mais pesado que um próton, como Lincoln escreveu. No entanto, essa conjectura só levou a mais perguntas - por exemplo...

Podemos detectar matéria escura?

Se a matéria escura é feita de WIMPs, eles devem estar ao nosso redor, invisíveis e mal detectáveis. Então por que ainda não encontramos nenhum? Embora eles não interajam muito com a matéria comum, há sempre alguma pequena chance de que uma partícula de matéria escura possa atingir uma partícula normal como um próton ou elétron enquanto viaja pelo espaço. 

Assim, pesquisadores construíram experimento após experimento para estudar um grande número de partículas comuns no subsolo, onde são protegidas de radiação interferente que poderia imitar uma colisão de matéria escura-partícula. 

O problema? Após décadas de busca, nenhum desses detectores fez uma descoberta crível. No início deste ano, o experimento PandaX chinês relatou a última não-desdesteção wimp. Parece provável que as partículas de matéria escura sejam muito menores do que os WIMPs, ou não tenham as propriedades que as tornariam fáceis de estudar, disse o físico Hai-Bo Yu, da Universidade da Califórnia, Riverside, ao Live Science na época.

A matéria escura consiste em mais de uma partícula?

A matéria comum é composta de partículas cotidianas como prótons e elétrons, bem como um zoológico inteiro de partículas mais exóticas como neutrinos, múons e pions. Então, alguns pesquisadores se perguntaram se a matéria escura, que compõe 85% da matéria no universo, também pode ser igualmente complicada. "Não há nenhuma boa razão para assumir que toda a matéria escura do universo é construída a partir de um tipo de partícula", disse o físico Andrey Katz, da Universidade de Harvard, ao Space.com, site irmão da Live Science. 

Prótons escuros poderiam se combinar com elétrons escuros para formar átomos escuros, produzindo configurações tão diversas e interessantes quanto as encontradas no mundo visível, disse Katz. Embora tais propostas tenham sido cada vez mais imaginadas nos laboratórios de física, descobrir uma maneira de confirmá-las ou negá-las iludiu até agora os cientistas. [Quarks estranhos e múons, Oh My! As partículas mais minúsculas da natureza dissecadas]

As forças das trevas existem?

Juntamente com partículas adicionais de matéria escura, há a possibilidade de que a matéria escura experimente forças análogas às sentidas pela matéria regular. Alguns pesquisadores procuraram por "fótons escuros", que seriam como os fótons trocados entre partículas normais que dão origem à força eletromagnética, exceto que seriam sentidos apenas por partículas de matéria escura. 

Físicos na Itália estão se preparando para esmagar um feixe de elétrons e suas antipartículas, conhecidas como pósitrons, em um diamante, como a Live Science relatou anteriormente. Se os fótons escuros existirem, os pares elétron-pósitrons poderiam aniquilar e produzir uma das estranhas partículas portadoras de força, potencialmente abrindo um novo setor do universo.

A matéria escura pode ser feita de axions?

À medida que os físicos se apaixonam cada vez mais por WIMPs, outras partículas de matéria escura estão começando a ganhar favores. Uma das principais substituições é uma partícula hipotética conhecida como axion, que seria extremamente leve, talvez apenas 10 elevados à 31ª potência menos massiva que um próton. Axions estão sendo procurados em alguns experimentos. 

Simulações de computador recentes levantaram a possibilidade de que esses axions poderiam formar objetos semelhantes a estrelas, o que poderia produzir radiação detectável que seria bastante semelhante a fenômenos misteriosos conhecidos como rajadas de rádio rápido, como a Live Science relatou anteriormente.

Quais são as propriedades da matéria escura?

Os astrônomos descobriram a matéria escura através de suas interações gravitacionais com a matéria comum, sugerindo que esta é sua principal maneira de tornar sua presença conhecida no universo. Mas ao tentar entender a verdadeira natureza da matéria escura, os pesquisadores têm muito pouco para continuar. 

De acordo com algumas teorias, partículas de matéria escura devem ser suas próprias antipartículas, o que significa que duas partículas de matéria escura aniquilariam umas com as outras quando se encontrassem. 

O experimento Do Espectrômetro Magnético Alfa (AMS) na Estação Espacial Internacional tem procurado os sinais reveladores desta aniquilação desde 2011e já detectou centenas de milhares de eventos. Os cientistas ainda não têm certeza se estão vindo da matéria escura, e o sinal ainda não os ajudou a determinar exatamente o que é matéria escura.

A matéria escura existe em todas as galáxias?

Por superar massivamente a matéria comum, a matéria escura é frequentemente dita ser a força controladora que organiza grandes estruturas, como galáxias e aglomerados galácticos. Então, foi estranho quando, no início deste ano, os astrônomos anunciaram que tinham encontrado uma galáxia chamada NGC 1052-DF2 que parecia conter quase nenhuma matéria escura. "A matéria escura aparentemente não é um requisito para formar uma galáxia", disse Pieter van Dokkum, da Universidade de Yale, à Space.com na época. 

No entanto, durante o verão, uma equipe separada postou uma análise sugerindo que a equipe de Van Dokkum havia se mesícido mal a distância até a galáxia, o que significa que sua matéria visível era muito mais fraca e mais leve do que as primeiras descobertas e que mais de sua massa estava em matéria escura do que foi sugerido anteriormente.

O que há com os resultados da DAMA/LIBRA?

Um mistério de longa data na física de partículas são os resultados intrigantes de um experimento europeu conhecido como DAMA/LIBRA. Este detector - localizado em uma mina subterrânea abaixo da montanha Gran Sasso, na Itália - tem procurado uma oscilação periódica em partículas de matéria escura. Essa oscilação deve surgir à medida que a Terra se move em sua órbita ao redor do Sol enquanto voa através do fluxo galáctico de matéria escura em torno do nosso sistema solar, às vezes chamado de vento de matéria escura. Desde 1997, a DAMA/LIBRA afirma ver exatamente esse sinal, embora nenhum outro experimento tenha visto algo assim.

A matéria escura pode ter uma carga elétrica?

Um sinal desde o início dos tempos levou alguns físicos a sugerir que a matéria escura pode ter uma carga elétrica. A radiação com um comprimento de onda de 21 centímetros foi emitida por estrelas na infância do universo, apenas 180 milhões de anos após o Big Bang. Foi então absorvido por hidrogênio frio que estava por aí ao mesmo tempo. Quando esta radiação foi detectada em fevereiro deste ano, sua assinatura sugeriu que o hidrogênio era muito mais frio do que os cientistas haviam previsto. 

O astrofísico Julian Muñoz, da Universidade de Harvard, hipóteseva que a matéria escura com uma carga elétrica poderia ter tirado o calor do hidrogênio generalizado, como cubos de gelo flutuando em limonada, como ele disse ao Live Science na época. Mas a conjectura ainda não foi confirmada.

Partículas comuns podem se deteriorar em matéria escura?

Nêutrons são partículas de matéria regular com uma vida limitada. Após cerca de 14,5 minutos, um nêutron solitário desatracado de um átomo se decairá em um próton, um elétron e um neutrino. Mas duas configurações experimentais diferentes dão vidas ligeiramente diferentes para essa decadência, com a discrepância entre elas cerca de 9 segundos, de acordo com experimentos citados em um estudo de julho na revista Physical Review Letters. 

No início deste ano, os físicos sugeriram que se 1% das vezes, alguns nêutrons estavam em decomposição em partículas de matéria escura, isso poderia explicar essa anomalia. Christopher Morris do Laboratório Nacional de Los Alamos, no Novo México, e sua equipe monitoraram nêutrons para um sinal que poderia ser matéria escura, mas não foram capazes de detectar nada. Eles sugeriram que outros cenários de decadência ainda poderiam ser possíveis, de acordo com o estudo.

A matéria escura realmente existe?

Dadas as dificuldades que os cientistas têm enfrentado tentando detectar e explicar a matéria escura, um questionador razoável pode se perguntar se eles estão fazendo tudo errado. Por muitos anos, uma minoria vocal de físicos tem empurrado a ideia de que talvez nossas teorias da gravidade são simplesmente incorretas, e que a força fundamental funciona de forma diferente em grandes escalas do que esperamos. 

Muitas vezes conhecidas como "dinâmica newtoniana modificada", ou modelos MOND, essas sugestões afirmam que não há matéria escura e as velocidades ultrarrápidas nas quais estrelas e galáxias são vistas a girar em torno uma da outra é uma consequência da gravidade se comportar de maneiras surpreendentes. "A matéria escura ainda é um modelo não confirmado", escreveu o físico Don Lincoln em um explicador para a Live Science. No entanto, os detratores ainda não convenceram o campo maior de suas ideias. E as últimas evidências? Também sugere que a matéria escura é real.

Fonte: livescience.com