Partículas de matéria escura não produzem, refletem ou absorvem luz . No entanto, embora não possamos ver a matéria escura diretamente e ainda não compreendamos a sua natureza , os cientistas acreditam que ela representa cerca de 26% do nosso universo conhecido, com base na forma como a sua atração gravitacional interage com outros objetos espaciais. Como o vento soprando nos galhos de uma árvore, não podemos ver a matéria escura, mas podemos ver como ela afeta o ambiente ao seu redor. A partir destas observações e análises, os nossos cientistas estão a desenvolver teorias fascinantes sobre a matéria escura. Se forem verdade, podem mudar profundamente a nossa compreensão do universo.
10 A matéria escura pode causar extinções em massa
Michael Rampino, professor de biologia da Universidade de Nova York, acredita que o movimento da Terra através do disco galáctico (nossa região na Via Láctea) pode ter causado eventos de extinção em massa na Terra. Isto aconteceu porque o nosso movimento perturbou a órbita dos cometas no sistema solar exterior (conhecido como “Nuvem de Oort”) e aumentou o calor no núcleo do nosso planeta.
Com os seus planetas a reboque, o Sol orbita o centro da Via Láctea a cada 250 milhões de anos . Durante a sua viagem, ele serpenteia pelo disco galáctico a cada 30 milhões de anos. Rampino argumenta que a jornada da Terra através do disco coincide com impactos de cometas e eventos de extinção em massa na Terra, incluindo aquele ocorrido há 65 milhões de anos, quando se acredita que um asteróide tenha matado os dinossauros. Há também uma teoria de que as erupções vulcânicas estavam diminuindo o rebanho de dinossauros pouco antes de um asteróide acabar com eles.
A combinação de atividade vulcânica incomum e um ataque de asteróide coincidindo com a órbita da Terra através do disco galáctico se encaixaria perfeitamente na teoria de Rampino. “Enquanto viaja através do disco, a matéria escura ali concentrada perturba os caminhos dos cometas que normalmente orbitam longe da Terra no sistema solar exterior”, disse Rampino. “Isso significa que os cometas que normalmente viajariam a grandes distâncias da Terra seguem caminhos incomuns, fazendo com que alguns deles colidam com o planeta .” Alguns argumentam que a teoria de Rampino não funciona porque os dinossauros morreram por um asteróide, não por um cometa. No entanto, aproximadamente 4% da Nuvem de Oort é composta por asteróides, o que equivale a oito mil milhões deles flutuando por aí.
Além disso, Rampino acredita que cada uma das órbitas da Terra através do disco galáctico faz com que a matéria escura se acumule no núcleo do planeta. À medida que as partículas de matéria escura se aniquilam, criam um calor intenso que pode causar erupções vulcânicas, mudanças no nível do mar, construção de montanhas e outras atividades geológicas que também afetam dramaticamente a vida biológica na Terra.
9 A Via Láctea pode ser um enorme buraco de minhoca
É possível que vivamos num túnel gigante que fornece um atalho através do universo?
Conforme previsto pela teoria geral da relatividade de Einstein, um buraco de minhoca é uma região onde o espaço e o tempo se curvam para criar um atalho para uma parte distante do universo. De acordo com astrofísicos da Escola Internacional de Estudos Avançados de Trieste, Itália, a matéria escura na nossa galáxia poderia estar distribuída de uma forma que permitiria a existência de um buraco de minhoca estável no meio da nossa Via Láctea. Estes cientistas acreditam que talvez seja hora de repensarmos a natureza da matéria escura. Talvez a matéria escura seja simplesmente outra dimensão.
“Se combinarmos o mapa da matéria escura da Via Láctea com o modelo mais recente do big bang para explicar o universo”, disse o professor Paulo Salucci, “e levantarmos a hipótese da existência de túneis espaço-temporais, o que obtemos é que o nosso galáxia poderia realmente conter um desses túneis, e que o túnel poderia até ser do tamanho da própria galáxia. Mas há mais. Poderíamos até viajar por esse túnel, pois, pelos nossos cálculos, seria navegável. Exatamente como aquele que todos vimos no filme recente Interestelar .”
Claro, é apenas uma teoria. Mas os cientistas acreditam que a matéria escura pode ser a chave para criar buracos de minhoca e determinar como observá-los. Até agora, nenhum buraco de minhoca natural foi descoberto.
8 A descoberta da galáxia X
A Galáxia X também é conhecida como galáxia de matéria escura, uma galáxia anã quase invisível que pode estar causando estranhas ondulações no gás hidrogênio frio nos limites externos do disco da Via Láctea. Acredita-se que seja uma galáxia satélite da Via Láctea, a Galáxia X abriga um aglomerado de quatro variáveis Cefeidas , estrelas pulsantes usadas como marcadores para nos ajudar a medir distâncias no espaço. Não podemos ver o resto desta galáxia anã porque ela é supostamente composta de matéria escura invisível. No entanto, a imensa atração gravitacional dessa galáxia de matéria escura provavelmente causou as ondulações que vimos. Sem uma fonte gravitacional como a matéria escura para mantê-las unidas, também é altamente improvável que quatro estrelas variáveis Cefeidas estivessem posicionadas tão próximas umas das outras no meio do espaço, em vez de se separarem.
“A descoberta das variáveis Cefeidas mostra que o nosso método para encontrar a localização de galáxias anãs dominadas pela matéria escura funciona,” disse o astrónomo Sukanya Chakrabarti. “Isso pode nos ajudar a entender de que é feita a matéria escura. Também mostra que a teoria da gravidade de Newton pode ser usada até aos confins de uma galáxia e que não há necessidade de modificar a nossa teoria da gravidade.”
7 Desintegração do bóson de Higgs em matéria escura
Desenvolvido na década de 1970, o Modelo Padrão da física de partículas é um conjunto de teorias que supostamente prevê todas as partículas subatômicas conhecidas no universo e como elas interagem. Com a confirmação da existência do bóson de Higgs (também conhecido como “partícula de Deus”) em 2012, o Modelo Padrão estava completo. Infelizmente, esse modelo não explica tudo, especialmente a matéria escura, a força gravitacional que mantém as galáxias unidas. A massa da partícula de Higgs também parece baixa demais para alguns cientistas.
Isso impulsionou os pesquisadores da Chalmers University of Technology a propor um novo modelo baseado na supersimetria, que dá a cada partícula conhecida no Modelo Padrão um superparceiro mais pesado . De acordo com esta nova teoria, uma pequena proporção de partículas de Higgs decairá em um fóton (uma partícula de luz) e dois gravitinos (partículas de matéria escura). “Se o modelo for adequado, isso mudaria completamente a nossa compreensão dos blocos de construção fundamentais da natureza”, disse Christoffer Petersson, da Chalmers. O modelo será testado no Large Hadron Collider, na Suíça.
6 Matéria escura no sol
Dependendo do método usado para analisar o Sol, a quantidade de elementos mais pesados que o hidrogênio ou o hélio varia de 20 a 30 por cento. Podemos medir cada um desses elementos observando o espectro de luz que ele emite, como uma impressão digital distinta, ou estudando como ele afeta as ondas sonoras que viajam através do Sol, o que causa pequenas mudanças no brilho do Sol. A misteriosa diferença entre essas duas medidas dos elementos do Sol é chamada de problema da abundância solar .
Precisamos de medições precisas destes elementos para compreender a composição química do Sol, bem como a sua densidade e temperatura. De muitas maneiras, também nos ajudará a compreender a composição e o comportamento de outras estrelas, bem como dos seus planetas e galáxias.
Durante anos, os cientistas não conseguiram conceber uma solução viável. Então o físico de astropartículas Aaron Vincent e seus associados sugeriram a matéria escura no núcleo do Sol como uma possível resposta para o problema. Depois de realizar muitas simulações, eles criaram uma teoria que parecia funcionar. No entanto, incluía um tipo especial de matéria escura, chamada “matéria escura assimétrica de interação fraca”, que pode ser matéria ou antimatéria, mas não ambas.
A partir de medições da gravidade, os cientistas sabem que um halo de matéria escura rodeia o Sol. As partículas assimétricas de matéria escura não contêm muita antimatéria, por isso podem sobreviver ao contacto com a matéria normal e acumular-se no núcleo do Sol. Acredita-se também que essas partículas absorvem energia no centro do Sol e depois transportam esse calor para as bordas externas, o que poderia explicar o problema da abundância solar.
“A principal vantagem da matéria escura assimétrica é que grande parte dela pode acumular-se no Sol à medida que atravessa a nuvem de matéria escura que envolve a Via Láctea”, disse Vincent. “Se a matéria escura fosse auto-aniquiladora, ela desapareceria antes de transportar qualquer quantidade considerável de calor do núcleo do Sol.”
5 A matéria escura pode ser macroscópica
Pesquisadores da Case Western Reserve questionaram se os cientistas estão procurando matéria escura nos lugares certos. Especificamente, eles estão sugerindo que a matéria escura pode não ser feita de pequenas partículas exóticas como WIMPs (partículas massivas de interação fraca), mas em vez de objetos macroscópicos que podem variar de alguns gramas até o tamanho de um asteróide. No entanto, estes cientistas estão a limitar a sua teoria sobre onde procurar, tendo em conta o que já foi observado no espaço. Isto os leva a acreditar que o Modelo Padrão da física de partículas fornecerá a resposta. Eles não acreditam que seja necessário um novo modelo para a matéria escura.
Os pesquisadores apelidaram seus objetos de matéria escura de “macros”. Eles não estão sugerindo que eliminemos WIMPS e axions (partículas de baixa massa que interagem fracamente) de consideração, mas simplesmente que ampliemos a busca por matéria escura para incluir outros candidatos. Existem exemplos de matérias que não são comuns nem exóticas, que não foram examinadas, mas que se enquadram nos parâmetros do Modelo Padrão.
“A comunidade meio que se afastou da ideia de que a matéria escura poderia ser feita de material normal no final dos anos 80”, disse o professor de física Glenn Starkman. “Perguntamos se isso estava completamente correto e como sabemos que a matéria escura não é uma coisa mais comum – uma coisa que poderia ser feita de quarks e elétrons?”
4 Detecção GPS de matéria escura
Dois físicos propuseram a utilização de satélites GPS para encontrar matéria escura, que os cientistas sugerem que podem não ser partículas como normalmente se supõe, mas sim rupturas na estrutura do espaço-tempo. “Nossa pesquisa segue a ideia de que a matéria escura pode ser organizada como uma grande coleção de defeitos topológicos , ou fissuras de energia, semelhantes a gás”, disse Andrei Derevianko, da Universidade de Nevada. “Propomos detectar os defeitos, a matéria escura, à medida que eles nos percorrem com uma rede de relógios atômicos sensíveis. A ideia é que, onde os relógios saíssem de sincronia, saberíamos que a matéria escura, o defeito topológico, passou. Na verdade, prevemos usar a constelação GPS como o maior detector de matéria escura construído pelo homem.”
Os pesquisadores estão analisando dados de 30 satélites GPS para ver se sua teoria faz sentido. Se a matéria escura for realmente como um gás, a Terra passará por ela enquanto orbita a galáxia. Agindo como o vento, aglomerados de matéria escura passarão pela Terra e seus satélites, fazendo com que os relógios GPS nos satélites e no solo percam a sincronização ocasionalmente por aproximadamente três minutos. Os cientistas deveriam ser capazes de monitorar qualquer discrepância acima de um bilionésimo de segundo.
3 A energia escura pode estar comendo matéria escura
De acordo com pesquisas recentes, a energia escura parece estar consumindo matéria escura à medida que as duas interagem, o que por sua vez retarda o crescimento das galáxias e pode, em última instância, tornar o universo quase um lugar vazio. Pode ser que a matéria escura esteja decaindo em energia escura , mas ainda não sabemos. A sonda Planck da União Europeia deu-nos recentemente números precisos sobre a composição física do Universo: 4,9% de matéria comum (que nos inclui), 25,9% de matéria escura e 69,2% de energia escura .
Não podemos ver a matéria escura ou a energia escura. Nenhum dos termos é bem compreendido mesmo na comunidade científica. Eles são mais como termos de espaço reservado, descrevendo algo que acreditamos estar acontecendo, mas que ainda não podemos explicar. Então, até sabermos realmente do que estamos falando, usamos esses termos ambíguos.
A matéria escura atrai e a energia escura repele. A matéria escura é a espinha dorsal ou estrutura sobre a qual as galáxias e seu conteúdo são construídos. Acredita-se que a sua atração gravitacional mantém as estrelas unidas nas galáxias, por exemplo. A gravidade é mais forte quando os objetos estão mais próximos uns dos outros e mais fraca quando estão mais distantes.
Por outro lado, a energia escura descreve a força que faz com que o universo se expanda, impulsionando galáxias distantes para longe de nós. Assim, à medida que a energia escura repele esses objetos, a gravidade enfraquece no espaço . Isto sugere que a expansão do espaço está a acelerar , e não a abrandar devido aos efeitos da gravidade, como se acreditava.
“Desde o final da década de 1990, os astrônomos estão convencidos de que algo está causando a aceleração da expansão do nosso universo”, disse o professor David Wands, da Universidade de Portsmouth. “A explicação mais simples era que o espaço vazio – o vácuo – tinha uma densidade de energia que era uma constante cosmológica . No entanto, há evidências crescentes de que este modelo simples não pode explicar toda a gama de dados astronómicos aos quais os investigadores têm agora acesso; em particular, o crescimento da estrutura cósmica, das galáxias e dos aglomerados de galáxias parece ser mais lento do que o esperado.”
Esta transferência de energia ocorre apenas no lado escuro. A matéria comum (como nós) não está sendo engolida pela energia escura.
2 A matéria escura pode ter causado ondulações no disco galáctico
Olhando para o espaço a partir da Terra, vemos as estrelas terminarem subitamente a cerca de 50.000 anos-luz do centro da nossa galáxia. Então pensamos que era o fim da nossa galáxia. Não vimos mais nada significativo até cerca de 15.000 anos-luz além dessa borda, que era o Anel Monoceros de estrelas que se estende acima do nosso plano galáctico. Alguns dos nossos cientistas pensaram que eram estrelas arrancadas de outra galáxia.
No entanto, uma nova análise de dados do Sloan Digital Sky Survey revela que o Anel Monoceros é na verdade parte da nossa galáxia. Isso significa que a Via Láctea é pelo menos 50% maior do que pensávamos – aumentando o diâmetro da nossa galáxia de cerca de 100.000-120.000 anos-luz para cerca de 150.000-180.000 anos-luz.
Olhando da Terra, não podemos ver como ele se conecta por causa das ondulações no disco galáctico. É como observar as ondas do oceano na praia. À medida que uma onda sobe, ela bloqueia a visão do oceano além, exceto por partes de ondas ainda mais altas. Assim, embora a nossa visão estivesse parcialmente bloqueada pela forma da nossa galáxia, vimos o Anel Monoceros porque era como olhar para o topo de uma onda mais alta.
Esta descoberta muda a nossa compreensão de como a Via Láctea é construída. “Em essência, o que descobrimos é que o disco da Via Láctea não é apenas um disco de estrelas num plano plano – é ondulado ”, disse Heidi Newberg, da Rensselaer School of Science. “À medida que irradia do Sol, vemos pelo menos quatro ondulações no disco da Via Láctea. Embora só possamos observar parte da galáxia com estes dados, assumimos que este padrão será encontrado em todo o disco.”
Tal como as ondulações causadas por uma pedra atirada num lago, os cientistas acreditam que estas ondulações na nossa galáxia podem ter sido causadas por um pedaço de matéria escura ou por uma galáxia anã cortando o disco da Via Láctea. Se esta teoria for verdadeira, estas ondulações dariam aos investigadores uma forma de analisar a distribuição da matéria escura na Via Láctea.
1 A assinatura do raio gama
Até recentemente, a única forma de os cientistas detectarem a matéria escura era através da observação do seu possível efeito gravitacional sobre outros objectos espaciais. No entanto, os investigadores acreditam que os raios gama podem ser um sinal mais direto de que a matéria escura invisível se esconde no nosso Universo. Num desenvolvimento emocionante, eles podem ter acabado de descobrir a primeira assinatura de raios gama no Retículo 2, uma galáxia anã recentemente descoberta perto da Via Láctea.
Os raios gama são uma forma de radiação eletromagnética de alta energia emitida pelos centros densos das galáxias. Se for verdade que a matéria escura é composta de WIMPs, então as partículas de matéria escura seriam uma fonte de raios gama produzidos quando os WIMPs se aniquilam em contato. No entanto, os raios gama também podem ser emitidos por outras fontes, como buracos negros e pulsares. Se a nossa análise conseguir eliminar estas outras fontes de raios gama, então é possível que quaisquer raios gama restantes possam vir da matéria escura. Pelo menos, essa é a teoria.
Os cientistas acreditam que a maioria das galáxias anãs carece de fontes significativas de raios gama além da matéria escura, que pode representar até 99 por cento de uma galáxia anã . É por isso que os físicos das universidades Carnegie Mellon, Brown e Cambridge ficaram entusiasmados com a descoberta dos raios gama emanados do Retículo 2.
“A detecção gravitacional da matéria escura diz muito pouco sobre o comportamento das partículas da matéria escura”, disse Matthew Walker, da Universidade Carnegie Mellon. “Mas agora podemos ter uma detecção não gravitacional que mostra a matéria escura se comportando como uma partícula, o que é uma espécie de Santo Graal .” Claro, é possível que existam outras fontes de raios gama em galáxias anãs que ainda não identificamos. No entanto, a recente descoberta de nove potenciais galáxias anãs perto da Via Láctea pode dar aos cientistas a oportunidade de explorar ainda mais esta teoria de detecção de matéria escura.
