As 5 melhores explicações para a misteriosa matéria escura

Mesmo com o mais poderoso dos telescópios, quando observamos o universo só conseguimos ver uma fração da matéria que sabemos estar lá. Para cada grama de átomos no universo, há pelo menos cinco vezes mais material invisível chamado matéria escura. Até agora, os cientistas não conseguiram detectá-la, apesar das décadas de procura.

Sabemos que a matéria escura existe por causa da atração gravitacional de aglomerados de galáxias e outros fenômenos que observamos. A matéria visível em um aglomerado não é o suficiente para mantê-lo unido apenas pela gravidade, o que significa que alguma matéria invisível ou obscura deve estar presente. Mas não temos ideia do que é; ela poderia ser constituída de partículas novas, ainda não descobertas.

“Há quatro forças fundamentais com as quais uma partícula de matéria escura poderia interagir”, explica o doutorando em Fenomenologia das Cordas Johar Ashfaque, da Universidade de Liverpool, em um artigo sobre matéria escura publicado no site The Conversation. “Há a força forte, que une o núcleo atômico; a força fraca, que governa o decaimento de partículas como radioatividade; uma força eletromagnética, que medeia a força entre partículas carregadas; e a força gravitacional, que governa a interação gravitacional. Para observar matéria no espaço, precisamos que ela interaja através da força eletromagnética, pois isso envolve a liberação de luz ou outra radiação eletromagnética que um telescópio pode registar”.

Há muitos candidatos a matéria escura – cada um com sua própria maneira particular de interação. No entanto, algumas teorias são mais propensas a ser bem sucedidas do que outras. Abaixo, estão as cinco apostas de Ashfaque:

5. WIMP

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A partícula massiva de interação fraca, ou “WIMP” (do inglês “weakly interacting massive particle”), é uma partícula hipotética que, segundo o pesquisador, parece promissora. Seria completamente diferente do tipo de matéria que conhecemos e interagiria através da força eletromagnética, o que explicaria por que é invisível no espaço. Cerca de 100 mil WIMPs passariam por cada centímetro quadrado da Terra a cada segundo, interagindo com a matéria ao seu redor apenas através da força fraca e da gravidade.

Se os WIMPs existirem, a modelagem matemática mostra que deve haver cerca de cinco vezes mais destes do que a matéria normal, o que coincide com a abundância de matéria escura que observamos no universo. Isto significa que devemos ser capazes de detectá-los através de suas colisões, pois isso faria com que as partículas carregadas na Terra recuassem, produzindo luz que podemos observar em experiências como Xenon100.

Os WIMPs foram objeto várias pesquisas extensas, especialmente além do Modelo Padrão da Física, que previram de forma independente que essa partícula deve existir – uma coincidência apelidada de “Milagre WIMP”.

4. Axion

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Axions são partículas de baixa de massa e movimentação pequena que não possuem uma carga e só interagem fracamente com outra matéria, o que torna difícil – mas não impossível – detectá-las. Somente axions de uma massa específica seriam capazes de explicar a natureza da matéria escura invisível – se eles fossem um pouco mais leves ou mais pesados, conseguiríamos vê-los. E se existem axions, eles poderiam decair em um par de partículas de luz (fótons), o que significa que poderíamos detectá-los procurando por estes pares. Experimentos como o Axion Dark Matter Experiment estão atualmente procurando por axions usando esta estratégia.

3. MACHO

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MACHO significa “objeto com halo compacto e grande massa” (do inglês “massive compact halo object”) e foi um dos primeiros candidatos propostos para a matéria escura. Esses objetos, incluindo estrelas de nêutrons e anãs marrons e brancas, são compostas de matéria comum. Então, como eles poderiam ser invisíveis? Emitindo muito pouca ou nenhuma luz.

Uma maneira de observá-los é através da monitoração do brilho de estrelas distantes. Como os raios de luz se curvam quando passam perto de um objeto massivo, a luz de uma fonte distante pode ser focada por um objeto mais próximo para produzir um brilho repentino do objeto distante. Este efeito, conhecido como lente gravitacional, depende da quantidade de matéria, tanto normal quanto escura, existente em uma galáxia – podemos usá-lo para calcular a quantidade de matéria escondida. No entanto, Ashfaque ressalta que atualmente sabemos que é improvável que uma quantidade suficiente destes corpos escuros poderia acumular para compensar a grande quantidade de matéria escura que existe.

2. Partícula Kaluza-Klein

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A teoria Kaluza-Klein é construída em torno da existência de uma “quinta dimensão” invisível existente no espaço, além das três dimensões espaciais que conhecemos (altura, largura, profundidade), e do tempo. Esta teoria, uma precursora da teoria das cordas, prevê a existência de uma partícula, que poderia ser uma partícula de matéria escura, que teria a mesma massa que 550 a 650 prótons.

Este tipo de partícula pode interagir via eletromagnetismo e gravidade. No entanto, como estaria em uma dimensão que não podemos ver, não conseguiríamos observá-la apenas olhando para o céu. Felizmente, a partícula deve ser fácil de procurar em experimentos, já que deve decair em partículas que podemos medir – neutrinos e fótons. No entanto, aceleradores de partículas poderosos, como o Large Hadron Collider, ainda não a detectaram.

1. Gravitino

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Teorias que combinam a relatividade geral e a “supersimetria” preveem a existência de uma partícula chamada gravitino. A supersimetria, que é uma teoria bem sucedida e explica um monte de observações em física, afirma que todas as partículas bóson – como o fóton (partícula de luz) – têm um “superparceiro”, o fotino, com uma propriedade chamada spin (um tipo de momento angular) que difere por um semi-inteiro do bóson. O gravitino seria o superparceiro do hipotético “gráviton”, que, acredita-se, mediaria a força da gravidade. E, em alguns modelos de supergravidade em que o gravitino é muito leve, ele poderia explicar a matéria escura. [The Conversation, Science Alert]

Por: Jéssica MaesEm: 8.01.2016 | Em Espaço, Principal  | Tags: , , ,  
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