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MATÉRIA ESCURA: O QUE É E COMO FUNCIONA

A pedidos de uma leitora, escrevo esse artigo sobre Matéria Escura, encontrada em nosso universo.

É matéria, porque se consegue medir sua existência por meio da força gravitacional que ela exerce. E é escura, porque não emite nenhuma luz. Essa segunda propriedade é justamente o que dificulta seu estudo. Todas as observações de corpos no espaço são feitas a partir da luz ou de outro tipo de radiação eletromagnética emitida ou refletida pelos astros. Como a matéria escura não faz nenhuma dessas coisas, é “invisível”. Ainda assim, sabe-se que ela está lá.

No modelo cosmológico mais aceito, o modelo ΛCDM, que tem obtido grande sucesso na descrição da formação da estrutura em grande escala do universo, a componente de matéria escura é fria, isto é, não-relativística. Nesse contexto, a matéria escura compõe cerca de 26,8% da densidade de energia do universo. O restante seria constituído de energia escura, 68,3% e de matéria bariônica, 4,9%. 

Deste modo, a matéria escura é estimada constituir 84,5% da matéria total do universo, enquanto a energia escura mais a matéria escura constituem 95,1% do conteúdo total de massa-energia do universo. Alguns pesquisadores propõem que as partículas de matéria escura tenham uma massa de 0,02% da massa do elétron.


Evidências observacionais
As observações de sistemas astrofísicos que indicam a existência de matéria escura são diversas e muitas vezes baseadas em técnicas experimentais diferentes. São exemplos clássicos dessas observações: as curvas de rotação de galáxias, a aplicação do teorema do virial a aglomerados de galáxias e a análise das anisotropias da radiação cósmica de fundo em micro-ondas.
Candidatos a matéria escura
A matéria normal, luminosa, é composta de bárions - partículas como prótons e nêutrons. No princípio, os pesquisadores acreditavam que a matéria escura também era feita de tal material, mas simplesmente emitiria pouca radiação electromagnética. A partir das observações da radiação cósmica de fundo em micro-ondas juntamente com a compreensão da teoria do big bang, os físicos foram levados a acreditar que apenas uma pequena quantidade de matéria bariônica continuaria a sobreviver até hoje se não estivesse incorporada a um sistema solar ou a um resquício estelar. 

Pesquisadores acreditam que o problema da a matéria desaparecida do Universo seria uma partícula mais exótica. Esta matéria é suscetível de fornecer a resposta para a falta de massa. Os físicos identificaram os três tipos mais prováveis de matéria escura e as partículas candidatas associados com cada tipo.

Matéria Escura Fria (em inglês "CDM")
A candidata mais provável para a matéria escura é da Matéria Escura Fria. No entanto, não há uma forte candidata de partícula conhecida. A principal candidata a "CDM" é conhecida como uma partícula massiva de interação fraca. No entanto, há uma ausência geral de justificação para a existência de tais partículas; ou seja, os pesquisadores não estão certos de como elas iriam aparecer sob circunstância natural. As mais populares à matéria escura não-bariônica são: os áxions, os neutrinos estéreis e os neutralinos (WIMPs), partículas teóricas massivas, que interagem fracamente, necessárias para explicar certo fenômeno na cromodinâmica Quântica.

É também possível que uma pequena parte da matéria escura seja bariônica, existente em forma objetos massivos compactos, MACHOs (não estou falando de homens haha), que por emitirem pouca radiação são difíceis de serem detectados. MACHO poderia explicar a massa, mas as dinâmicas específicas continuam a ser um objetivo. Esses objetos incluiriam buracos negros, estrelas de nêutrons antigas e objetos planetários que são todos não-luminosos (ou quase isso) e contêm uma quantidade significativa de massa. O problema com esta explicação é que deveria existir muito MACHOs (mais do que seria esperado tendo em conta a idade de certas galáxias) e a sua distribuição teria de ser surpreendentemente e incrivelmente uniforme.

Matéria Escura Morna (em inglês "WDM")
Esta forma de matéria escura é proposta por cientistas, ser composta por neutrinos estéreis. Estas são partículas que são semelhantes aos neutrinos normais, com excepção do fato de que elas são muito mais massivas e não interagem com a força fraca.

Outra candidata a matéria escura morna é o gravitino. Esta é uma partícula teórica que existiria se a teoria da super gravidade - uma mistura de relatividade geral e supersimetria - ganhasse credibilidade junto aos estudiosos da área.

Matéria Escura Quente (em inglês "HDM")
O subconjunto de partículas consideradas Matéria Escura Quente são as únicas que a existência são realmente conhecida: Neutrinos. O problema com essa explicação é que os neutrinos viajam quase à velocidade da luz e, portanto, não iriam se "aglomerar" em um conjunto da maneira que projetamos a matéria escura. Além disso, dado que o neutrino é quase sem massa, uma incrível quantidade deles seria necessário para suprir o déficit necessário de matéria.

Uma explicação para Matéria Escura Quente é que existe um tipo ou sabor de neutrino ainda não detectado que seria semelhante aos já conhecidos exceto teriam uma massa significativamente maior (e, consequentemente, talvez velocidade mais lentos).

Tá, mas como a matéria escura é detectada??

Atualmente existe um grande debate sobre a detecção de matéria escura. O experimento Dama/Libra diz ter feito uma detecção indireta, via observação da variação sazonal do número de eventos, efeito relativo à variação da velocidade da Terra em relação ao halo galáctico de matéria escura. Contudo esse resultado é incompatível com os resultados de vários experimentos de detecção direta, como por exemplo o CDMS-II, o XENON10, e o ZEPLIN-III. Novos experimentos, maiores e mais sensíveis, utilizaram os detectores: XENON100 (100kg) e LUX (350kg) em busca de maiores esclarecimentos.

Um módulo de US$2 bi denominado AMS (Espectrômetro Magnético Alpha ou, em inglês, Alpha Magnetic Spectrometer) foi instalado na Estação Espacial Internacional em Maio de 2011. O detector de partículas tem como uma de suas funções procurar por evidências da matéria escura, sendo importante nas pesquisas sobre sua natureza.

A teoria dominante afirma que a Matéria Escura é feita de uma partícula chamada neutralino. Colisões entre neutralinos devem produzir um grande número de pósitrons de alta energia. O AMS poderá comprovar se a matéria escura é feita de neutralinos procurando por esse excesso de pósitrons de alta energia. 

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