Especial – Matéria Escura: o possível maior componente do Universo
Matéria escura
Para entender como e do que é feito o Universo, os astrônomos devem fazer cuidadosos recenseamentos dos objetos celestes procurando medir a sua distância e atribuir-lhes uma massa. Se pensarmos que o estudo do cosmo por meio da radioastronomia, óptica, raios X e gama pode nos fornecer um quadro completo do nosso Universo estaremos cometendo um erro grosseiro. Há décadas sabemos que a matéria luminosa – aquela que “vemos” porque emite radiação eletromagnética, ou seja, luz, ondas de rádio, raios X e gama – é apenas uma parcela insignificante de toda a matéria que exerce uma função gravitacional. Uma forma postulada de matéria que só interage gravitacionalmente (ou, interage muito pouco de outra forma) é a denominada “matéria escura”, um dos desafios mais estimulantes da astrofísica atual.
A matéria escura é uma substância elusiva que é invisível e quase nunca detectada, exceto por seu arrasto gravitacional. Mas astrônomos acreditam que ela provavelmente compõe um quarto de todo o Universo, muito mais que a quantidade de matéria normal (galáxias, estrelas e planetas) espalhada pelo espaço.
Este ano uma descoberta da física de partículas feita no Grande Colisor de Hádrons na Suíça lançou dúvidas sobre uma teoria
chamada de supersimetria, que prevê a existência de partículas que estão entre as principais candidatas para a matéria escura. A descoberta limitou os tipos de partículas supersimétricas que podem existir, mas não eliminou completamente a explicação da supersimetria.
E as partículas supersimétricas são apenas uma de várias partículas teóricas que poderiam ser responsáveis pela matéria escura. Buscas por essas e outras partículas ainda não descobertas ocorrem há décadas, ainda que nenhuma delas tenha sido detectada até agora.
“Eu acho que estamos procurando de tantas maneiras diferentes que, a menos que seja algo em que nunca pensamos, parece muito provável que a descoberta ocorra na próxima década”, declara Dan Bauer, físico do Fermi National Accelerator Laboratory, em Illinois, que trabalha em um dos experimentos, chamado CDMS.
Matéria escura em fuga
De acordo com Bauer, os principais experimentos visando a detecção de matéria escura estão apenas começando a operar em níveis de sensibilidade que se acredita serem suficientes para detectar sinais dessas partículas, e seus resultados devem aparecer dentro de três ou quatro anos.
“Se não descobrirmos nada com a próxima rodada de experimentos, acho que todos ficarão um pouco desencorajados”, contou Bauer à SPACE.com
Para que sejam componentes da matéria escura, todas as partículas em potencial devem ser neutras e estáveis, e interagirem muito raramente com outros tipos de matéria. A maioria delas cai na categoria das partículas pesadas chamadas de partículas massivas de interação fraca (WIMPs, em inglês [um acrônimo que também significa ‘fracotes’]. As WIMPs são previstas pela supersimetria, que postula a existência de partículas companheiras mais pesadas para todas as partículas do Universo com a mesma carga elétrica, mas spin diferente.
Vários experimentos estão procurando as WIMPs colocando grandes massas de material bem fundo no subsolo, como xenônio ou germânio, e blindando-as com muitas camadas de proteção para tentar manter o material isolado de todas as outras partículas. De acordo com o pensamento vigente, se quaisquer partículas conseguirem atravessar essas barreiras e colidirem com os átomos do xenônio ou do germânio, é muito provável que sejam WIMPs.
A CDMS (que significa Cryogenic Dark Matter Search, ou Busca Criogênica por Matéria Escura), começou em um túnel abaixo da Stanford University, na Califórnia, e uma versão mais nova e mais sensível do projeto agora está funcionando ainda mais fundo no subsolo na Mina Soudan, em Minnesota.
Outro experimento caçador de WIMPs é chamado de XENON100, a última iteração de uma busca baseada no laboratório subterrâneo Gran Sasso, na Itália. E um novo projeto chamado LUX (o experimento Large Underground Xenon, literalmente Grande Xenônio Subterrâneo) em construção na mina Homestake, na Dakota do Sul, também poderia ser muito importante.
Ter todos esses projetos competindo é um mal necessário se quisermos resultados confiáveis.
“A maioria das pessoas da área concorda que precisaremos de evidências de mais de um tipo, em mais de um experimento, antes de todos estarem convencidos”, observou Bauer.
Outras possibilidades
E as WIMPs não são as únicas candidatas a partículas de matéria escura. Outra possível solução para o problema é chamada de áxion. Essa é uma partícula teórica que também é neutra
e de interação fraca, mas que pode ser mais leve que as WIMPs. Portanto, se os áxions forem matéria escura, deve haver muito mais deles por aí.
Um experimento chamado de ADMX (literalmente, ‘Experimento Áxion de Matéria Escura’) na University of Washington usa um grande imã supercondutor para procurar por essas partículas. Até agora essa busca também não encontrou nada.
E uma explicação ainda mais estranha para a matéria escura vem da ideia de que há minúsculas dimensões escondidas, enroladas dentro das quatro dimensões do espaço-tempo conhecidas em nosso Universo. Se esse for o caso, poderiam existir partículas chamadas de ‘partículas de Kaluza-Klein’ responsáveis pela matéria escura. No entanto, essas seriam ainda mais difíceis de detectar.
E ainda é cedo demais para eliminar até mesmo as explicações mais improváveis.
“As coisas que achamos ser mais prováveis ainda não apareceram, então deveríamos manter a mente aberta”, aponta o físico teórico Lance Dixon do SLAC National Accelerator Laboratory, na Califórnia.
Mantendo viva a esperança na Matéria Escura.
Apesar da dificuldade de encontrar a matéria escura, o que quer que ela seja, físicos afirmam que não estão desencorajados.
“Estou muito confiante de que a matéria escura é real, e parece atraente que ela seja carregada por uma partícula elementar, apesar saber que as coisas podem não ser exatamente assim”, ponderou Dixon. “Podemos não ter sorte, e essa partícula elementar pode estar fora do reino da detecção”.
Bauer declarou trabalhar no CDMS há muito tempo e admitiu que inicialmente pensou que já teria encontrado algo a essa altura.
“Eu acho que é o otimismo natural dos físicos pensar que isso é algo que podemos de fato ser capazes de encontrar”, apontou ele. Mas mesmo se esse experimento nunca detectar a matéria escura, isso diz algo interessante aos cientistas.
“Seria mais empolgante se a encontrássemos mas, de qualquer forma, esse é um resultado importante”, lembrou Bauer.
Não confunda matéria escura com energia escura
As duas, matéria escura e energia escura, possuem diferenças enormes. A matéria escura atrai e a energia escura repele, ou seja, a matéria escura é usada para explicar uma atração gravitacional maior que o esperado, enquanto a energia escura é usada para explicar uma atração gravitacional negativa.
Além disso, os efeitos da matéria escura se manifestam em uma escala de 10 megaparsecs (um megaparsec corresponde a 3,2 milhões de anos luz, aproximadamente) ou menor, enquanto que a energia escura parece que só se torna relevante em escala de 1.000 megaparsecs ou mais.
Finalmente, é importante questionar se os fenômenos da matéria escura e da energia escura podem ter uma explicação gravitacional. Talvez as leis da gravidade sejam diferentes do que desenhou a teoria de Einstein. Esta é uma possibilidade, só que até hoje a teoria da relatividade não falhou em nenhum teste. Além disto, novas imagens de aglomerados revelaram um comportamento que é inconsistente com teorias gravitacionais alternativas, como a MOND – ou seja, a matéria escura está ali.
Nossas melhores mentes estão trabalhando no problema e nossa melhor tecnologia está examinando o cosmos, e, por enquanto, não há outra explicação para os efeitos que observamos: a matéria escura e a energia escura são reais. A composição do universo atual, até onde sabemos, é de 4,2% matéria bariônica, 24% matéria escura e 71,6% energia escura.
