Quanto do universo é matéria escura?

A maior parte da matéria no universo não pode ser vista – mas sua influência sobre as maiores estruturas do espaço pode.

Esta imagem composta mostra a distribuição de matéria escura, galáxias e gás quente no núcleo do aglomerado de galáxias em fusão Abell 520, formado a partir de uma violenta colisão de aglomerados de galáxias massivas. A mistura de azul e verde no centro da imagem revela que um aglomerado de matéria escura reside perto da maior parte do gás quente, onde muito poucas galáxias são encontradas. (Crédito da imagem: NASA, ESA, CFHT, CXO, M.J. Jee (Universidade da Califórnia, Davis) e A. Mahdavi (Universidade Estadual de São Francisco)) 

Os astrônomos estimam que cerca de 85% de toda a matéria no universo é matéria escura, o que significa que apenas 15% de toda a matéria é matéria normal. Representando a energia escura, o nome que os astrônomos dão à expansão acelerada do universo, a matéria escura representa cerca de 27% de toda a energia de massa no cosmos, de acordo com o CERN. (Organização Europeia para a Investigação Nuclear).

Os astrônomos têm uma variedade de ferramentas para medir a quantidade total de matéria no universo e compará-la com a quantidade de matéria "normal" (também chamada de "bariônica"). A técnica mais simples é comparar duas medidas.

A primeira medida é a quantidade total de luz emitida por uma grande estrutura, como uma galáxia, que os astrônomos podem usar para inferir a massa desse objeto. A segunda medida é a quantidade estimada de gravidade necessária para manter a grande estrutura unida. Quando os astrônomos comparam essas medições em galáxias e aglomerados em todo o universo, eles obtêm o mesmo resultado: simplesmente não há matéria normal e emissora de luz suficiente para explicar a quantidade de força gravitacional necessária para manter esses objetos juntos.

Assim, deve haver alguma forma de matéria que não esteja emitindo luz: a matéria escura.

Galáxias diferentes têm proporções diferentes de matéria escura em relação à matéria normal. Algumas galáxias quase não contêm matéria escura, enquanto outras são quase desprovidas de matéria normal. Mas medição após medição dá o mesmo resultado médio: cerca de 85% da matéria no universo não emite ou interage com a luz.

Bárions insuficientes

Existem muitas outras maneiras pelas quais os astrônomos podem validar esse resultado. Por exemplo, um objeto massivo, como um aglomerado de galáxias, deformará o espaço-tempo em torno dele tanto que dobrará o caminho de qualquer luz que passe – um efeito chamado lente gravitacional. Os astrônomos podem então comparar a quantidade de massa que vemos de objetos emissores de luz com a massa necessária para explicar a lente, provando novamente que a massa extra deve estar à espreita em algum lugar.

Os astrônomos também podem usar simulações de computador para observar o crescimento de grandes estruturas. Bilhões de anos atrás, nosso universo era muito menor do que é hoje. Levou tempo para as estrelas e galáxias evoluírem, e se o universo tivesse que confiar apenas na matéria normal e visível, então não veríamos nenhuma galáxia hoje. Em vez disso, o crescimento das galáxias exigiu "piscinas" de matéria escura para a matéria normal se acumular, de acordo com uma palestra do cosmólogo Joel Primack.

Por fim, os cosmólogos podem olhar para trás para quando o cosmos tinha apenas uma dúzia de minutos de idade, quando os primeiros prótons e nêutrons se formaram. Os cosmólogos podem usar nossa compreensão da física nuclear para estimar quanto hidrogênio e hélio foram produzidos naquela época.

Esses cálculos predizem com precisão a proporção de hidrogênio para hélio no universo atual. Eles também preveem um limite absoluto para a quantidade de matéria bariônica no cosmos, e esses números concordam com as observações de galáxias e aglomerados atuais, de acordo com o astrofísico Ned Wright.(abre em nova aba).

Alternativas à matéria escura

Alternativamente, a matéria escura pode ser um mal-entendido de nossas teorias da gravidade, que são baseadas nas leis de Newton e na relatividade geral de Einstein.

Os astrônomos podem ajustar essas teorias para fornecer explicações sobre a matéria escura em contextos individuais, como os movimentos das estrelas dentro das galáxias. Mas alternativas à gravidade não foram capazes de explicar todas as observações da matéria escura em todo o universo.

Todas as evidências indicam que a matéria escura é algum tipo desconhecido de partícula. Não interage com a luz ou com a matéria normal e só se dá a conhecer através da gravidade. De fato, os astrônomos pensam que existem trilhões e trilhões de partículas de matéria escura fluindo através de você agora. Os cientistas esperam descobrir a identidade desse componente misterioso do universo em breve.

Fonte: space.com