A Matéria Escura – Misteriosa Matéria do Universo
A matéria escura é um tipo hipotético de matéria distinta da matéria bariônica (matéria comum como prótons e nêutrons ), neutrinos e energia escura . A existência de matéria escura explicaria uma série de observações astronômicas, de outra forma desconcertantes. O nome refere-se ao fato de que ele não emite ou interage com radiação eletromagnética , como a luz, e é, portanto, invisível para todo o espectro eletromagnético . Embora a matéria escura não tenha sido observada diretamente, sua existência e propriedades são inferidas de seus efeitos gravitacionais, como os movimentos da matéria visível.
Modelo
O modelo padrão de cosmologia indica que a energia de massa total do universo contém 4,9% de matéria comum , 26,8% de matéria escura e 68,3% de energia escura .Assim, a matéria escura constitui 84,5% da massa total , enquanto a energia escura mais a matéria escura constituem 95,1% do teor total de energia em massa.
As estrelas e toda a matéria dentro de uma galáxia orbitam em torno do centro da galáxia devido à atração gravitacional da matéria nela existente. Dessa maneira, estudando o movimento das estrelas e do gás se pode saber quanta matéria tem em uma galáxia. Surpreendentemente, o que se observa, é que a velocidade das estrelas e do meio interestelar dentro das galáxias. É muito maior do que a esperada pela matéria luminosa existente nelas. Isso significa que deve ter mais matéria nas galáxias do que a que podemos observar pela sua radiação. A essa massa que não podemos detectar em nenhuma região do espectro eletromagnético chamamos matéria escura.
Na Via Láctea, a matéria escura é 10 vezes maior do que a matéria na forma de estrelas e gás, e está concentrada em um halo que se estende muito além do disco.
NASA / ESA / Richard Massey (Instituto de Tecnologia da Califórnia)
Fritz Zwiky
A existência da matéria escura foi primeiro percebida pelo astrônomo suíço Fritz Zwiky, estudando aglomerados de galáxias. Medindo a massa dos aglomerados pelo movimento das galáxias que dele faziam parte. Ele verificou que essa massa era muito maior do que a massa somada das galáxias e do gás quente que permeia os aglomerados. Não se sabe o que constitui a matéria escura. Uma parte dela poderia estar na forma de planetas, anãs marrons, buracos negros e estrelas compactas.
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Mas a quantidade desses objetos em nossa Galáxia constitui menos de 2% da massa. De forma que a matéria escura é constituída de outra coisa. Aparentemente é formada por partículas massivas que interagem pouco com a matéria normal e com a luz, já que nunca foram detectadas diretamente.
A lente gravitacional causada por galáxias distorce a forma das galáxias mais distantes. A partir da distorção, a massa total dentro das galáxias que causam a lente pode ser inferida.
O Futuro do Universo
Implosão
A grande implosão pode ser seguida de um novo big bang criando um novo universo. Nesse cenário a evolução do universo pode ser um ciclo infinito iniciando com expansões violentas e terminando com grandes implosões. Se esse for o destino do universo, então vivemos em um universo recolapsante.
Expansão do Universo
Um universo assim tem geometria fechada, com curvatura positiva, representada por uma superfície esférica.
Se, pelo contrário, a quantidade de matéria no universo for insuficiente para a gravidade sobrepujar a expansão, esta vai continuar para sempre. Com taxa de expansão aproximadamente constante. As galáxias irão se afastando cada vez mais entre si até umas saírem do campo de visão das outras. O universo continuará a crescer enquanto gerações e gerações de estrelas nascem e morrem. Até não ter mais nenhuma estrela no céu. O universo terminaria num estado enorme, vazio, frio e escuro. Um universo assim tem geometria aberta, com curvatura negativa, representada por uma sela de cavalo .
Universo Plano
Um caso limite entre o universo aberto e o universo fechado é o universo plano, com curvatura nula. Um universo plano corresponde a uma densidade de matéria-energia no universo exatamente igual a um valor chamado de densidade críatica. O destino do universo assim é se expandir para sempre, mas com a taxa de expansão tendendo a zero.
O final seria o mesmo do universo aberto, só que levaria um tempo infinito para chegar ao estado final. Essa geometria é representada por uma superfície plana.
Formação de estruturas de matéria escura na simulação de computador Millenium XXL.
Atualmente os cosmologistas têm encontrado evidências de que a densidade de matéria-energia no universo tem um valor igual ao da densidade crítica, que corresponde a um universo plano. No entanto a maior componente dessa densidade (73%) é a energia escura, que atualmente tem provocado a expansão acelerada. Os astrônomos então consideram uma quarta possibilidade para o futuro do universo, o de que ele vai se expandir aceleradamente para sempre.
Se a força repulsiva da energia escura continuar dominando sobre a força atrativa da gravidade, então o universo se expandirá cada vez mais rápido, fazendo com que galáxias e tudo que tem nelas, incluindo estrelas, planetas e os próprios átomos acabem destroçados numa final catastrófico, batizado de grande estilhaçamento
Crédito de imagem: ESA / XMM-Newton / F. Gastaldello (INAF / IASF, Milano, Itália) / CFHTLS.
Depois de tudo o que o Universo nos contou sobre si mesmo, estamos convencidos de que algum tipo de matéria escura deve existir: a matéria é diferente de qualquer das partículas conhecidas no Modelo Padrão. Esta matéria escura supera todas as outras partículas e radiações no Universo por um fator de cerca de cinco , mas ainda não foi detectada diretamente. Nós sabemos que existe, mas não sabemos exatamente do que é feito. Até que possamos, isso continuará sendo um mistério que precisa de uma solução mais completa.
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