O que é
matéria escura e energia escura?
A matéria
escura e a energia escura são soluções propostas para explicar alguns fenômenos
gravitacionais, e, até onde sabemos, são coisas distintas.
Embora
juntas respondam por mais de 95% do nosso universo, só sabemos de sua
existência por meios indiretos, observando seus efeitos sobre o universo e
tentando deduzir suas propriedades a partir deles.
Matéria
escura
A matéria
escura foi proposta nos anos 1930 por Fritz Zwicky para explicar a diferença
entre a massa gravitacional e a massa luminosa de aglomerados de galáxias
(Fritz Zwicky estava trabalhando com curvas de rotação de galáxias).
A massa
gravitacional de um objeto é determinada pela medida da velocidade e raio da
órbita de seus satélites, um processo igual à medição da massa do sol usando a
velocidade e distância radial dos planetas.
A massa
luminosa é determinada pela soma de toda luz e convertendo este número em uma
estimativa de massa, baseado na nossa compreensão sobre como as estrelas
brilham. Esta comparação de massa-para-luz indica que a energia na matéria
luminosa contribui com menos de 1% da densidade média de energia do universo.
Certamente
existe mais matéria nas galáxias que não emite luz, mas as evidências indicam
que há um limite máximo para a matéria normal (aquela feita de átomos) presente
no universo. Evidências vindo da medição da radiação cósmica de fundo, por
exemplo, apontam que no máximo 5% da densidade de massa-energia do universo e
20% da massa dos aglomerados está na forma de átomos.
Mas do que é
feita a matéria escura? Muitos físicos e astrônomos acham que a matéria escura
é provavelmente uma nova partícula que ainda não foi detectada em aceleradores
de partículas ou em raios cósmicos.
Para ser uma
partícula de matéria escura, ela tem que ter bastante massa, provavelmente mais
que um nêutron, e interagir muito fracamente com a matéria normal, de forma a
dificilmente reagir produzindo luz.
O protótipo
do candidato é algo parecido com um neutrino, só que todos os tipos de
neutrinos conhecidos são muito leves e muito raros para explicar a matéria
escura.
E como a
matéria escura afeta o universo? Aparentemente, ela é responsável pelas
estruturas que vemos no universo, como galáxias e aglomerados; é ela que
“segura” estes objetos imensos, não deixando que se desfaçam.
Como
curiosidade, a proposta de uma matéria escura na década de 1930 por Fritz
Zwicky não foi levada a sério porque o suíço tinha entrado em atrito com muitos
colegas na comunidade astronômica. Em 1962, a astrônoma Vera Rubin fez a mesma
descoberta, que novamente não foi levada à sério, desta vez porque ela era uma
mulher. Ela persistiu e conseguiu atenção da comunidade em 1978, com um estudo
profundo de 11 galáxias, inclusive a nossa.
Energia
escura
A energia
escura tem sua origem nos trabalhos para entender a expansão acelerada do
universo. Basicamente, a teoria atual não consegue explicar essa aceleração.
Uma das especulações é que a aceleração é consequência de uma nova forma de
matéria, apelidada “energia escura”, que também não foi detectada até agora.
É chamada de
“escura” porque deve interagir muito fracamente com a matéria, como a matéria
escura, e é chamada de energia porque uma das coisas de que estamos certos é
que ela contribui com cerca de 70% da energia total do universo. Se
descobrirmos o que é, podemos então trocar o nome para algo menos misterioso.
Com o
estabelecimento do modelo cosmológico do Big Bang, acreditava-se que a expansão
inicial de 13,7 bilhões de anos atrás estaria diminuindo com o tempo, mas duas
equipes de pesquisadores independentes descobriram em 1998 que a expansão
estava acelerando.
A aceleração
é determinada pela medida dos tamanhos relativos do universo em diferentes
eras. De uma forma específica, os astrônomos medem o redshift ou desvio para o
vermelho do espectro e a distância da luminosidade de explosões estelares
chamadas supernovas tipo 1a.
O tempo que
a luz da supernova leva para chegar aos telescópios é descoberto examinando a
distância da luminosidade, enquanto a mudança do tamanho do universo entre a
explosão e a observação é determinada pelo desvio para o vermelho. Uma
comparação destes tamanhos em uma sequência de tempo revela que o universo está
crescendo cada vez mais rápido. Desde esta descoberta, os equipamentos ficaram
mais sensíveis e os dados foram confirmados pela medição de outros fenômenos
cosmológicos.
A teoria da
relatividade prevê que a aceleração cósmica é determinada pela densidade média
de energia e pressão de todas as formas de matéria e energia no universo. Só
que as quantidades da matéria normal, da energia normal, e da matéria escura
não respondem pela densidade de energia necessária para a aceleração – tem que
ser outra coisa.
Uma das
hipóteses mais aceitas é que o universo é preenchido por um mar de energia
quântica de ponto zero, que exerce uma pressão negativa, como uma tensão,
fazendo com que o espaço-tempo sofra uma repulsão gravitacional. É a chamada
constante cosmológica, introduzida por Einsten em outro contexto (e referida
por ele como seu maior erro).
E como a
energia escura afeta o universo atualmente? Ela é responsável pela aceleração
cósmica, e equipes internacionais de astrônomos estão trabalhando para refinar
a medida desta aceleração. Dela depende o julgamento da constante cosmológica
de Einstein, uma possível compreensão da teoria fundamental da natureza
(gravidade quântica e o estado quântico do universo), e o destino do universo
(Big Chill ou Big Rip?).
Diferenças
entre as duas
As duas,
matéria escura e energia escura, possuem diferenças enormes. A matéria escura
atrai e a energia escura repele, ou seja, a matéria escura é usada para
explicar uma atração gravitacional maior que o esperado, enquanto a energia
escura é usada para explicar uma atração gravitacional negativa.
Além disso,
os efeitos da matéria escura se manifestam em uma escala de 10 megaparsecs (um
megaparsec corresponde a 3,2 milhões de anos luz, aproximadamente) ou menor,
enquanto que a energia escura parece que só se torna relevante em escala de 1.000
megaparsecs ou mais.
- Matemáticos
incluem matéria e energia escuras nas equações de Einstein
Finalmente,
é importante questionar se os fenômenos da matéria escura e da energia escura
podem ter uma explicação gravitacional. Talvez as leis da gravidade sejam
diferentes do que desenhou a teoria de Einstein. Esta é uma possibilidade, só
que até hoje a teoria da relatividade não falhou em nenhum teste. Além disto,
novas imagens de aglomerados revelaram um comportamento que é inconsistente com
teorias gravitacionais alternativas, como a MOND – ou seja, a matéria escura
está ali.
Nossas
melhores mentes estão trabalhando no problema e nossa melhor tecnologia está
examinando o cosmos, e, por enquanto, não há outra explicação para os efeitos
que observamos: a matéria escura e a energia escura são reais. A composição do
universo atual, até onde sabemos, é de 4,2% matéria normal, 24% matéria escura
e 71,6% energia escura.[en.Wikipedia 1 2, Nasa Ask an Astronomer, How Stuff Works, Nasa Astrophysics,Dummies, National Radio Astronomy Observatory, Scientific American, Space.com, WMAP's
Universe] http://hypescience.com/o-que-e-materia-escura-e-energia-escura/
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