A maior parte da matéria normal do universo não está em planetas, estrelas ou galáxias – um astrônomo explica onde ela está distribuída
Quando olhamos para o balanço de tudo que existe no cosmos, descobrimos um retrato bem humilhante para quem vive em planetas: só cerca de 5% do conteúdo total do universo é feito de átomos comuns, construídos com prótons, nêutrons e elétrons. O resto é dividido entre matéria escura e energia escura, ingredientes misteriosos que nem sequer emitem luz, mas dominam a dinâmica cósmica. Durante décadas, porém, houve um problema ainda mais constrangedor: mesmo dentro desse pequeno 5%, uma parte considerável simplesmente não aparecia em nenhum lugar que os telescópios conseguiam enxergar.
Como contamos a matéria normal do universo
Antes de somar estrelas, os cosmólogos fazem contas com a física do Big Bang. A quantidade de matéria normal do universo pode ser estimada a partir da mistura de elementos leves produzidos nos primeiros minutos após a grande explosão e das variações sutis na radiação cósmica de fundo, o “brilho fossilizado” do universo jovem. Esses cálculos independentes convergem para o mesmo resultado: a matéria normal do universo deve corresponder a cerca de um vinte avos do conteúdo total de energia e matéria do cosmos.
Quando os astrônomos começaram a verificar o inventário no universo atual, compararam o que as teorias previam com tudo o que conseguiam ver: estrelas, gás em galáxias, aglomerados, nuvens de hidrogênio e plasma quente. O resultado parecia um extrato bancário em que parte do dinheiro sumiu entre uma linha e outra. Mesmo somando os discos das galáxias, seus halos e os aglomerados gigantes, ainda faltava uma fração importante da matéria normal do universo prevista pelos modelos teoricos.
Para piorar a curiosidade, o número de objetos visíveis é imenso. Há algo em torno de centenas de bilhões de galáxias no universo observável, cada uma com centenas de bilhões de estrelas, além de planetas, poeira e gás. Isso significa algo como 10²³ estrelas e algo na casa de 10⁸² átomos espalhados pelo cosmos, uma quantidade tão grande que compará la ao número de grãos de areia em todas as praias da Terra chega a ser modesto. Ainda assim, todas essas maravilhas não eram suficientes para fechar o balanço de matéria.
Os “vazios” entre galáxias que não são tão vazios assim
A peça que faltava nessa contabilidade cósmica sempre esteve desconfiadamente associada ao espaço entre as galáxias, o chamado meio intergaláctico. Esse ambiente é tão rarefeito que, em média, há apenas um átomo por metro cúbico, menos de um bilionésimo de bilionésimo da densidade do ar que respiramos. Num volume do tamanho de uma sala, você teria boa vontade em encontrar alguns poucos átomos solitários vagando sem pressa.
Apesar de ser incrivelmente ralo, o meio intergaláctico ocupa praticamente todo o volume do universo. Ele forma uma estrutura em grande escala que lembra uma teia tridimensional, com filamentos, nós e vastas regiões quase vazias, conhecida como teia cósmica. Simulações numéricas mostram que as galáxias se instalam ao longo desses filamentos, como lâmpadas em uma rede de fios, enquanto o gás quente e ionizado se distribui ao longo das mesmas estruturas.
Esse gás intergaláctico não é frio. Em muitas regiões, sua temperatura chega a milhões de graus, de modo que ele emite principalmente raios X. Isso torna a observação extremamente desafiadora, porque telescópios de raios X são menores e menos sensíveis que os gigantes ópticos instalados em montanhas ou em órbita. Durante muito tempo, detectar esse “nevoeiro” quente que permeia o espaço entre as galáxias foi como tentar fotografar uma nuvem de vapor em um quarto escuro usando uma lanterna fraca
Explosões de rádio que atravessam o cosmos
A virada de jogo veio de um fenômeno que, no começo, parecia apenas um mistério curioso: as explosões rápidas de rádio, ou fast radio bursts (FRBs). Elas foram descobertas em 2007, quase por acidente, como pulsos de rádio que duram milésimos de segundo, mas liberam em um sopro a mesma energia que o Sol emite em vários dias.
Estudos mais recentes indicam que muitos desses pulsos nascem em ambientes extremos, ao redor de estrelas de nêutrons altamente magnetizadas, conhecidas como magnetares. Essas estrelas são o que resta depois que estrelas massivas explodem como supernovas e colapsam sob sua própria gravidade, comprimindo mais massa do que a do Sol em uma esfera do tamanho de uma cidade grande. O campo magnético de um magnetar pode ser trilhões de vezes mais intenso que o da Terra, e reconfigurações violentas desse campo parecem estar ligadas aos FRBs.
Do ponto de vista da cosmologia, porém, o mais importante não é o mecanismo detalhado da explosão, e sim o caminho que o sinal percorre. Conforme o pulso de rádio atravessa o espaço repleto de elétrons livres no meio intergaláctico, as frequências mais baixas são atrasadas um pouco mais do que as mais altas, um efeito chamado de dispersão. É como ouvir um trovão atravessando um vale cheio de neblina: as partes mais graves do som chegam um pouco depois, entregando pistas sobre a quantidade de ar e vapor que o som atravessou.
O estudo que pesou o nevoeiro cósmico
Em junho de 2025, uma equipe de pesquisadores de instituições como Caltech e o Center for Astrophysics Harvard–Smithsonian analisou 69 explosões rápidas de rádio cuidadosamente localizadas em galáxias distantes usando um conjunto de 110 antenas de rádio na Califórnia, o Deep Synoptic Array. A partir da dispersão sofrida pelos sinais, eles conseguiram medir quanta matéria normal do universo esses pulsos atravessaram antes de chegar aqui, transformando cada FRB em uma espécie de raio X do espaço entre as galáxias.
O resultado desse “censo cósmico” foi surpreendentemente limpo. Os pesquisadores concluíram que cerca de 76% da matéria normal do universo está realmente espalhada pelo meio intergaláctico, esse plasma difuso que preenche a teia cósmica. Outros 15% se concentram nos halos que envolvem as galáxias — regiões esféricas enormes de gás quente e matéria escura que se estendem muito além dos discos visíveis. Apenas os 9% restantes residem dentro das galáxias, na forma de estrelas, gás frio e poeira. Em outras palavras, os lugares mais fotogênicos do universo são minoria no balanço de matéria.
Esse mapeamento resolve, de forma elegante, o chamado “problema dos bárions desaparecidos”: a dificuldade em localizar toda a matéria bariônica prevista pelos modelos do Big Bang. Ao mostrar que a soma dos átomos inferidos pelos FRBs bate com os 5% previstos pelas teorias cosmológicas, o estudo reforça o modelo padrão da cosmologia, conhecido como Lambda-CDM, e indica que, pelo menos nessa parte da história, a física cosmológica estava com o lápis bem apontado desde o começo.
Mais importante ainda, as explosões rápidas de rádio estão se tornando um tipo novo de régua e termômetro para o universo. À medida que instrumentos de próxima geração, como o DSA-2000 e o Square Kilometre Array, entrarem em operação, os astrônomos esperam detectar dezenas de milhares de FRBs por ano, o suficiente para construir um mapa tridimensional detalhado da teia de gás que conecta as galáxias, quase como um “Google Maps” da matéria normal do universo em escala cósmica.
E o que isso diz sobre matéria escura e energia escura
Resolver onde está a matéria normal do universo não significa que todos os mistérios acabaram; na verdade, ajuda a iluminar perguntas ainda mais profundas. Sabe se que a maior parte da massa total do cosmos está na forma de matéria escura, uma substância que não emite nem absorve luz, mas revela sua presença pelo efeito gravitacional em galáxias e aglomerados, como nas lentes gravitacionais que distorcem a luz de objetos de fundo. Em paralelo, a energia escura responde por algo como dois terços de tudo que existe, acelerando a expansão do universo de maneira que ainda estamos tentando entender.
Se sabemos agora onde estão praticamente todos os átomos comuns, fica mais fácil separar o que pertence ao “mundo visível” do que pertence a esse setor escuro do universo. Medir com precisão a distribuição da matéria normal do universo permite testar modelos de matéria escura que predizem como as galáxias crescem, se fundem e redistribuem gás ao longo de bilhões de anos. Da mesma forma, acompanhar a evolução dessa teia de gás difuso ajuda a verificar como a energia escura influencia o ritmo de formação das estruturas cósmicas em diferentes épocas.
Esse tipo de cartografia também tem implicações bem concretas para outras áreas da astrofísica. Ao estudar como o gás intergaláctico se aquece e esfria ao longo do tempo, os cientistas podem entender melhor por que algumas galáxias “apagaram” sua formação de estrelas enquanto outras continuam ativas, ou como jatos de buracos negros supermassivos realimentam o meio em volta e empurram matéria de volta para o espaço intergaláctico. Em última análise, a história da matéria normal do universo é também a história de como os ingredientes que formam planetas, oceanos e seres vivos foram sendo reciclados pelo cosmos.
No fim das contas, há algo quase irônico nessa história de inventário cósmico. Tudo o que conhecemos diretamente — nossos corpos, a água, o ar, as montanhas, as cidades, os próprios telescópios que olham para o céu — é feito desse pequenino 5% de matéria normal do universo que agora conseguimos rastrear com a ajuda de explosões de rádio em galáxias distantes. Saber que a maior parte dessa matéria preferiu se espalhar como um gás quente e sutil entre galáxias, em vez de se agrupar em estruturas dramáticas como estrelas e planetas, muda um pouco nossa intuição: somos produtos muito locais de um universo em que o mais comum é justamente o que quase não vemos. E, enquanto a matéria escura e a energia escura continuam guardando seus segredos, talvez o maior ganho dessa nova cartografia seja lembrar que entender bem a pequena fração de matéria normal do universo que nos compõe já é um desafio e tanto.
Via The Conversation
