5 questões básicas sobre matéria escura ainda não respondidas

5 questões básicas sobre matéria escura ainda não respondidas

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Desde pelo menos a década de 1920, uma hipótese permeia o mundo da astronomia: o universo contém mais matéria do que é possível vermos a olho nu. Na década de 1930, o astrônomo suíço Fritz Zwicky notou que as galáxias em um aglomerado distante orbitavam uma ao redor da outra em uma velocidade maior do que seria esperado se consideradas suas massas visíveis. Ele propôs que uma substância invisível, que chamou de matéria escura, poderia estar puxando gravitacionalmente essas galáxias uma para a outra.

Essa ideia era mais difícil de provar do que apoiar, já que ainda não havia nenhuma evidência dessa matéria misteriosa. Mesmo com telescópios potentes, como o Hubble e o Kepler, ela não foi ainda detectada, mas sua existência sempre foi mais do que uma probabilidade, e sim uma forte possibilidade. Cerca de 85% da massa do universo é composta de material que os cientistas não conseguem ver — a matéria escura, para complicar ainda mais, não emite luz ou energia. Então ela importaria para o estudo do universo?

Mapa cobrindo 1/30 do céu, feito a partir da observação de 26 milhões de galáxias. As regiões vermelhas têm mais matéria escura do que a média; as regiões azuis, menos. (Fonte: Universidade de Chicago/Chihway Chang)

"Os movimentos das estrelas dizem o quanto ela importa", disse o pesquisador da Universidade de Yale, Pieter van Dokkum, que liderou a equipe que identificou a galáxia Dragonfly 44, composta quase inteiramente de matéria escura.

1. O que é a matéria escura?

Ninguém sabe ao certo. Alguns cientistas chegaram a conjeturar que ela seria composta de pequenas estrelas fracas e buracos negros, mas observações detalhadas não revelaram objetos suficientes para explicar a influência que a matéria escura exerce sobre outros corpos celestes.

A hipótese mais aceita é que ela seja formada por um elemento hipotético chamado Partícula Massiva de Baixa Interação (ou WIMP, em inglês), que se comportaria como um nêutron — exceto por ser entre 10 e 100 vezes mais pesada.

2. Podemos detectar matéria escura?

Se a matéria escura é feita de WIMPs, eles estariam em todo lugar, invisíveis e quase imperceptíveis. Embora eles não costumem interagir com a matéria comum, é possível, hipoteticamente, que uma partícula de matéria escura atinja um próton ou elétron enquanto viaja pelo espaço. Assim, por décadas,  pesquisadores fizeram experimentos para estudar um grande número de partículas comuns no subsolo, onde estão protegidas contra radiação interferente que pode imitar uma colisão entre matéria escura e partículas. Nenhuma descoberta confiável foi feita.

No início de 2019, o experimento chinês PandaX relatou a mais recente não detecção de WIMP.

3. A matéria escura consiste em mais de uma partícula?

Todos já ouviram falar de prótons, elétrons e nêutrons, e alguns conhecem neutrinos, múons e pions. Pesquisadores se perguntam, então, se a matéria escura também é complicada. "Não há razão para supor que toda a matéria escura do universo seja feita somente de um tipo de partícula", disse o físico Andrey Katz, da Universidade de Harvard. Segundo ele, prótons escuros podem se combinar com elétrons escuros para formar átomos escuros, produzindo configurações tão diversas e interessantes quanto as encontradas no mundo visível. O céu é, literalmente, o limite.

Esta imagem, capturada pelo Telescópio Espacial Hubble, mostra um anel fantasmagórico de matéria escura no aglomerado de galáxias Cl 0024 + 17. (Fonte: NASA/ESA/Divulgação)

4. Quais são as propriedades da matéria escura?

Segundo algumas teorias, as partículas de matéria escura devem ter suas próprias antipartículas, e ambas se aniquilariam. O experimento do Espectrômetro Magnético Alfa (AMS) na Estação Espacial Internacional (ISS) tem procurado sinais dessa aniquilação desde 2011 e já detectou centenas de milhares de eventos. Mesmo assim, os cientistas ainda não sabem ao certo se são provenientes da matéria escura, até porque não se sabe nem exatamente o que é a matéria escura.

5. A matéria escura existe em toda a galáxia?

Ela parecia ser a força que une grandes estruturas, como galáxias e aglomerados galácticos; mas, no início de 2019, astrônomos anunciaram ter encontrado a galáxia NGC 1052-DF2, quase sem nenhuma matéria escura. "Aparentemente, ela não é um requisito para uma galáxia se formar", disse Pieter van Dokkum à época. No entanto, outro grupo de astrônomos publicou uma análise sugerindo que a nova galáxia tinha mais matéria escura do que sugerido anteriormente.

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