Como a massa total do universo é calculada?

Os astrônomos usam muitos métodos para determinar esse número, incluindo lentes gravitacionais, a taxa de expansão do universo e muito mais.

Este gráfico de pizza mostra quão pouco do universo é composto de matéria visível, enquanto a matéria escura e a energia escura compõem cerca de 95% de seu conteúdo. Crédito: Centro de Voos Espaciais Goddard da NASA.

Como a massa total do universo é calculada?

Calcular a massa total do universo não é simples, porque a maior parte da massa é invisível.

Em um gráfico de pizza do conteúdo do universo, apenas 5% é matéria normal, átomos que compõem todos os planetas, estrelas e galáxias. Cerca de 95% é composto por duas entidades invisíveis e enigmáticas. A matéria escura representa 27% do universo, e a energia escura é dominante, cerca de 68%. Excetuando a energia escura, esses ingredientes são medidos de diferentes maneiras.

A matéria normal é quase inteiramente composta de hidrogênio e hélio, os dois elementos mais simples. Todos os outros elementos da tabela periódica representam apenas 2% do censo. E mesmo a matéria normal é predominantemente escura: todas as estrelas em um trilhão de galáxias representam apenas 0,5% do conteúdo do universo. A maior parte da matéria normal é fria ou quente demais para ser facilmente observada. Vários métodos têm sido usados ​​para localizar a matéria normal, mas a estimativa mais precisa vem de medições da radiação cósmica de fundo em micro-ondas, o brilho residual do Big Bang.

A matéria escura supera a matéria normal por um fator de cinco ou seis. Ela foi notada pela primeira vez há 50 anos na forma como as galáxias espirais giram. Elas giram rápido demais para serem mantidas unidas por todas as suas estrelas, então deve haver um halo estendido de massa invisível ao redor das estrelas e do gás visíveis. A maneira como as estrelas se movem em uma galáxia pode ser usada para medir a massa total, tanto visível quanto escura. Os astrônomos não sabem o que é matéria escura, mas suspeitam que seja um novo tipo de partícula fundamental que não interage com a radiação.

Uma maneira independente de medir a massa no universo é a lente gravitacional. A relatividade geral, nossa melhor teoria da gravidade, prevê que a massa desvia a luz. Na lente gravitacional, a luz de um objeto distante é desviada por uma galáxia ou aglomerado de galáxias interveniente. Ao estudar a lente gravitacional, os astrônomos podem estimar a massa dos objetos intervenientes, incluindo a matéria escura. Este método é compatível com estimativas baseadas nos movimentos de estrelas e galáxias.

A massa de todo o universo também pode ser estimada medindo-se como a taxa de expansão mudou desde o Big Bang. A matéria normal e a matéria escura atuaram para desacelerar a expansão cósmica, enquanto nos últimos bilhões de anos, a energia escura dominou e está acelerando a taxa de expansão. A comparação da taxa de expansão variável com um modelo do Big Bang fornece a massa do universo. A massa é insuficiente para superar os efeitos da energia escura, então o universo se expandirá para sempre.

Estimar a massa do universo leva a números espetaculares. Há cerca de um trilhão de galáxias no universo observável. Toda a matéria normal nessas galáxias é composta por 10 23 estrelas, 10 53 quilogramas e 10 80 átomos.

Chris Impey - Professor Emérito de Astronomia, Departamento de Astronomia, Universidade do Arizona, Tucson

Astronomy.com