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O que você sabe sobre Matéria Escura?

Saudações leitor. Dando uma continuidade sobre as “coisas” estranhas que existem no fucking Universe, hoje farei uma breve, mas muito breve, descrição do que incomoda cosmólogos a décadas, a Matéria Escura (Dark Matter, inglês). Essa menina representa 24% da composição do nosso Universo, somado com 71,4% de energia escura e 4,6% de matéria bariônica (aquela que conhecemos da tabela periódica).

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Imagem de: http://map.gsfc.nasa.gov/media/121236/121236_NewPieCharts720.png

A energia escura tem sua origem nos trabalhos para entender a expansão acelerada do universo. Basicamente, a teoria atual não consegue explicar essa aceleração. Uma das especulações é que a aceleração é consequência de uma nova forma de matéria, apelidada “energia escura” (assunto para outro post), que também não foi detectada até agora.

A existência da matéria escura foi primeiro percebida pelo astrônomo suiço 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, mas a quantidade desses objetos em nossa Galáxia contitui 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.

O mais impressionante, é que se especula que 90% da matéria da nossa Via-láctea é composta por matéria escura. Perturbador não?

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Concepção artística do halo de matéria escura da Via Láctea, contendo 90% da massa da Galáxia

O FUTURO DO UNIVERSO

Sem considerar a energia escura, a evolução futura do universo depende apenas da quantidade de matéria (luminosa+escura) que ele contém. Se o universo tiver matéria suficiente para a gravidade vencer a expansão, então em uma época futura as galáxias vão parar de se separarem e vão passar a se aproximarem umas das outras à medida que o universo como um todo vai passar a encolher. Isso pode levar ao recolapso do universo, que terminará em uma grande 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.

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Os feijões representam a matéria e energia escura no universo e as jujubas a matéria que podemos enxergar

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.
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 crítica. O destino do universo assim é se expandir para sempre, mas com a taxa de expansão tendendo a zero.

Sem título


EINSTEIN (de novo!) – LENTES GRAVITACIONAIS

A lente gravitacional é formada devido a uma distorção no espaço-tempo causada pela presença de um corpo de grande massa entre uma estrela e um observador. As lentes gravitacionais foram previstas na teoria da relatividade geral de Albert Einstein antes de serem observadas pelos modernos telescópios.

As lentes gravitacionais se constituem numa ferramenta poderosa  para  “pesar” a matéria escura. Elas exigem imagens de alta qualidade para serem observadas, e por isto só recentemente têm sido utilizadas, graças ao  avanço da instrumentação astronômica, que tem levado a um crescente aprimoramento da qualidade da imagem, bem como a utilização do Telescópio Espacial, que se encontra essencialmente fora da atmosfera da Terra.

Em azul: múltiplas imagens de uma galáxia distante
Em azul: múltiplas imagens de uma galáxia distante. Note os objetos azuis esticados.

Quando a luz de uma fonte distante passa próximo a uma concentração de matéria, sua trajetória se curva fazendo a fonte parecer estar numa outra direção, produzindo também uma distorção na forma da galáxia distante. Este efeito pode ser usado para detectar e “pesar” a matéria escura.

Outros exemplos de lentes gravitacionais observadas pelo Hubble são ilustradas a seguir, mostrando galáxias individuais funcionando como lentes que distorcem imagens de galáxias mais distantes que estão aproximadamente na mesma linha de visada:

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Lentes gravitacionais “fracas”As lentes gravitacionais fortes, como as ilustradas acima, onde se observa claramente as imagens distorcidas produzidas pela lente, são uma minoria. Mas existem vários bilhões de galáxias azuis fracas distantes, cuja luz passa por aglomerados de galáxias no caminho percorrido antes de serem detectadas pelos nossos telescópios. Certamente estes aglomerados produzem distorções nas imagens das galáxias azuis distantes, as quais são muito sutis, e somente podem ser medidas através de estudos estatísticos de uma grande quantidade de dados. São as chamadas lentes gravitacionais “fracas”. Estas lentes podem ser usadas para medir a quantidade de massa dos aglomerados. Através de imagens profundas  em diferentes cores das galáxias azuis distantes é possível mapear lentes a diversos redshifts (link para o leitor curioso) (ou a diferentes distâncias) e assim determinar a distribuição tridimensional de matéria escura até a época em que o Universo tinha metade da sua idade. Será então possível estudar a evolução da distribuição de massa no Universo, testando teorias de evolução do Universo e da natureza da matéria escura. Para isto faz-se necessário obter imagens de grandes regiões do Universo.

Este é o objetivo do “Dark Matter Telescope” (DMT), um projeto que visa a construção de um telescópio de 8.4m com um campo de 7 graus quadrados, enorme quando comparado com os campos usuais de grandes telescópios, que são da ordem de alguns minutos de arco.


No caso da possibilidade da matéria escura ser constituída por partículas elementares ainda desconhecidas da Física, até agora todas as experiências construídas para as detectar têm dado resultados negativos ou de pouca confiança. A maior parte destas experiências baseiam-se no pressuposto de que se estas partículas existem, então ao atravessarem estruturas cristalinas vão-nas perturbar, levando à emissão de radiação. Através de detectores acoplados a cristais seria assim possível detectar as partículas de matéria escura. Em geral, estas experiências estão localizadas no fundo de minas abandonadas de modo a reduzir ao mínimo a possibilidade dos cristais serem perturbados por partículas normais resultantes da radioatividade natural no ambiente ou da interação dos raios cósmicos com a atmosfera.


5 POSSIBILIDADES PARA EXPLICAR A MATÉRIA ESCURA

  • WIMP: A partícula massiva de interação fraca, ou “WIMP”, 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.

 

  • Axion: 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.

 

  • 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. No entanto, atualmente sabemos que é improvável que uma quantidade suficiente destes corpos escuros poderia acumular para compensar a grande quantidade de matéria escura que existe.

 

  • Partícula Kaluza-Klein: 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. No entanto, aceleradores de partículas poderosos, como o Large Hadron Collider, ainda não a detectaram.

 

  • Gravitino: 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.

Abaixo uma breve explicação do nosso querido astrofísico Neil deGrasse Tyson.


Pessoal. Como não costumo postar banhos de sangue no ieb, abaixo segue um acidente em que um homem americano chamado Peter Griffin tem seu braço arrancado. Abraços e até a próxima

 

Fontes:

Link 1Link 2, Link 3, Link 4, Link 5, Link 6, Link 7, Link 8

Written by Mach

Eu faço bolos tbm, encomendas pelo email [email protected]

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