Por que não podemos ver a matéria escura?

A resposta depende do que é a matéria escura, para a qual temos muitas ideias, mas nenhuma prova.

A velocidade com que as estrelas se movem na Galáxia de Andrômeda foi uma das primeiras pistas de que a matéria escura existe, mas não nos ajudou a saber do que ela é feita e, portanto, por que não podemos vê-la. Crédito da imagem: NASA/JPL-Caltech

Fou a cada átomo no universo que compõe estrelas, planetas ou gás, há cerca de cinco vezes mais da chamada matéria escura. Os físicos estão muito confiantes de que ele está lá, mas não conseguem encontrá-lo, ou mesmo descobrir o que o compõe. Não saberemos as razões exatas pelas quais é tão difícil de ver até respondermos à pergunta sobre o que é a matéria escura, mas isso não significa que não sabemos nada. 

Como sabemos que a matéria escura é real?

A velocidade com que os objetos orbitam uns aos outros depende de sua distância, mas também de sua massa. Sabemos o quão pesado é o Sol observando a velocidade com que a Terra, e outros planetas, giram em torno dele. As coisas ficam mais complexas quando a massa que controla a velocidade orbital está espalhada, em vez de em um único ponto, mas os físicos são muito bons em resolver esse tipo de problema.

Consequentemente, quando olhamos para as taxas em que as estrelas em galáxias próximas orbitam, ou a velocidade com que as galáxias na borda de aglomerados galácticos gigantes estão viajando, sabemos quanta massa está causando esse movimento. No entanto, quando os astrônomos tentam estimar o número de estrelas nessas galáxias e suas massas médias, os números não coincidem.

As estrelas visíveis não fornecem massa suficiente para corresponder aos efeitos que estão tendo em objetos nas bordas. As estimativas de massa estelar podem ser aproximadas – não podemos contar todas as estrelas, mas a discrepância é muito grande para ser uma simples subamostragem.

Uma pequena minoria de cientistas explica isso argumentando que a gravidade funciona de forma diferente em grandes escalas de nossos modelos, que são baseados nos movimentos de planetas e luas dentro do Sistema Solar. Uma versão dessa ideia recebeu muita publicidade, mas a maioria dos físicos a considera improvável, na melhor das hipóteses.

Quase certamente há algo lá fora que tem muita massa, o suficiente para deformar o espaço-tempo de maneiras que afetam os movimentos de todo o resto, mas não podemos ver: em outras palavras, matéria escura.

As lentes gravitacionais fornecem ainda mais evidências . Vemos galáxias que estão dobrando a luz de objetos mais distantes, e elas a dobram muito mais do que as estrelas visíveis podem explicar.

Uma vez que havia um consenso generalizado de que a matéria escura existia, a busca foi para identificar sua natureza. Naquele momento, as únicas coisas que sabíamos era que a matéria escura produz efeitos gravitacionais – ou seja, que tem massa – e que não podia ser vista, pelo menos com os instrumentos que tínhamos.

Por que não podemos vê-lo depende do que é

Inicialmente, duas explicações concorrentes eram populares. Uma proposta de matéria escura era composta por grandes objetos que não emitiam luz. Eles poderiam refletir a luz se adequadamente posicionados, mas não estavam perto o suficiente das estrelas para refletir quantidades úteis. Os astrônomos imaginaram um grande número de objetos de massa de Júpiter vagando pelo espaço entre as estrelas. Esses objetos eram chamados de Massive Compact Halo Objects (MACHOs), sendo os halos aqui aqueles pertencentes a galáxias.

A principal alternativa eram as partículas subatômicas, individualmente leves, mas existentes em números tão inimagináveis que, coletivamente, poderiam fornecer a massa faltante. Em contraste com os MACHOs, estes foram chamados de WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles) com o enorme aqui significando "tem massa", não "enorme", já que eles são tudo menos isso.

Esses exemplos deixam claro por que não há uma resposta universal para a pergunta "Por que não podemos ver a matéria escura?". Se a matéria escura é MACHOs, não podemos vê-la porque não chegamos perto o suficiente desse tipo de objeto. Se forem WIMPs, ver é impossível, mas com o tipo certo de dispositivo de detecção podemos confirmar a existência das partículas.

A hipótese MACHO está muito fora de favor nos dias de hoje. Uma variedade de indicadores nos diz que esses tipos de objetos compõem uma pequena proporção da massa que estamos procurando, se houver.

Sem seu número oposto, os WIMPs não são chamados tanto, mas a possibilidade de haver partículas subatômicas que não conhecemos continua viva. À medida que o tempo passa, e mais e mais candidatos a partículas adequadas são descartados, a busca se tornou um pouco frustrante. Somente quando encontrarmos essas partículas, se o fizermos, saberemos o que permitiu que elas nos escapassem por tanto tempo.

Existem algumas categorias de partículas subatômicas que não cabem sob o guarda-chuva WIMP, mas podem formar matéria escura, como neutrinos pesados. Ainda assim, a resposta é a mesma – só determinando que tipo de partícula é responsável podemos dizer por que foi tão difícil de encontrar.

Há muito mais na busca por matéria escura do que um golpe MACHOs versus WIMPs. Foi proposto que há muito mais buracos negros nos confins das galáxias do que conhecemos. Famosamente, não podemos ver buracos negros porque sua gravidade é tão poderosa que até mesmo a luz não consegue escapar. Tecnicamente estes correspondem à sigla para serem MACHOs, mas são considerados algo diferente.

Encontramos buracos negros procurando a luz de seus discos de acreção, ou observando a maneira como eles atiram estrelas ao seu redor. Nas partes externas das galáxias, onde as estrelas são poucas e o material para formar discos de acreção é escasso, os buracos negros poderiam ser abundantes, e nunca saberíamos. 

Há muitos problemas para explicar de onde esses buracos negros podem ter vindo, e é por isso que a ideia não se provou tão popular quanto algumas alternativas. No entanto, à medida que outras possibilidades caem, esta é uma que pode vir à tona, fornecendo sua própria explicação de por que a matéria escura é difícil de encontrar.

Fonte: Iflscience.com