Imagine que você queira determinar a massa de uma casa e seu conteúdo. Você escolhe a casa e define uma escala enorme. Digamos que, após medir, você tenha descoberto que a massa total gira em torno de 45.000 kg. Agora imagine que você queira ver quanto cada item da casa contribui para a massa total da mesma. Você remove um item de cada vez e o insere na escala. Você pode até mesmo eliminar todo o ar para medir o total de sua massa. Agora digamos que a massa dos objetos individuais, incluindo o piso, parede e telhado da casa, totaliza cerca de 2.200 kg.
O que você pensaria? Como você explicaria essa discrepância nas massas? Você concluiria que há algum material que não esteja sendo visto na casa que a torna tão pesada? Nos últimos 40 anos, esse é exatamente o dilema que os astrônomos têm enfrentado ao tentarem determinar os blocos de construção do universo. Antes disso, eles acreditavam que o universo continha matéria normal – tudo o que você pode ver. Ao longo do cosmos há bilhões de galáxias e cada uma delas possui bilhões de estrelas. Ao redor de algumas dessas estrelas, planetas e suas luas traçam órbitas elípticas.
E entre esses grandes e esféricos corpos, repousam objetos de forma irregular, variando em tamanho de enormes asteróides e meteoros a pequenas partículas que não são maiores do que um grão de areia. Os astrônomos classificam tudo isso como matéria bariônica, e eles (e nós) sabemos que a unidade mais fundamental é o átomo, que por sua vez é composto de partículas subatômicas menores, como os prótons, nêutrons e elétrons. Por volta dos anos 1970 os astrônomos começaram a coletar evidências que os fez suspeitarem de que havia mais no universo do que nossos olhos poderiam ver. Uma das maiores pistas veio quando os cientistas tentaram determinar a massa das galáxias.
Eles fizeram isso medindo a aceleração das nuvens que orbitavam ao redor de uma galáxia, o que os permitiu calcular a massa necessária para causar tal aceleração. O que eles descobriram foi surpreendente: a massa por trás da aceleração orbital das nuvens de uma galáxia era cinco vezes maior do que a massa que você poderia ver – estrela e gás – espalhados pela galáxia. Eles concluíram que deveria haver algum material não visível circundando a galáxia. Eles chamaram esse material de matéria escura, tomando emprestado esse termo que foi usado pela primeira vez pelo astrofísico Fritz Zwicky, nos anos 1930.
Vinte anos depois, os cientistas notaram que as supernovas tipo Ia – estrelas moribundas que têm o mesmo brilho intrínseco – estavam mais longe de nossa galáxia do que deveriam estar. Para explicar essa observação, eles sugeriram que a expansão do universo está acelerando. Isso foi perplexo porque a gravidade própria da matéria escura deveria ter sido forte o suficiente para conter tal expansão rápida. Havia algum outro material, algo com um efeito antigravidade, causado a rápida expansão do universo? Os astrônomos acreditavam que sim, e eles chamaram esse material de energia escura.
Por uma década, cosmólogos e físicos teóricos debateram a existência da matéria e energia escura. Então, em junho de 2001, a NASA lançou a sonda Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, ou WMAP. O instrumento tirou a fotografia mais detalhada até então sobre a radiação cósmica – a radiação remanescente do Big Bang. Isso permitiu aos astrônomos medirem, com bastante precisão, a densidade e composição do universo. Aqui está o que a WMAP determinou: a matéria bariônica representa apenas 4,6% do universo.
A matéria escura representa 23%. E a energia escura ocupa todo o restante – 72% É claro que medir as proporções relativas de tudo o que compõe o universo é apenas o começo. Agora os cientistas esperam identificar o que constitui a matéria escura. Eles acreditam que as anãs marrons são candidatas plausíveis. Esses objetos não luminosos têm uma gravidade intensa que afeta objetos vizinhos e que, por conseqüência, podem fornecer pistas de sua existência e localização. Buracos negros supermassivos também poderiam explicar a matéria escura no universo.
Os astrônomos especulam que esses buracos cósmicos podem energizar quasares distantes e podem ser muito mais abundantes do que imaginamos. Por fim, a matéria escura pode consistir de um tipo de partícula ainda não descrita. Essas pequenos pedaços de matéria poderiam existir em algum lugar nas profundezas de um átomo e podem ser identificados em um acelerador de partículas, como o Grande Colisor de Hádrons. Solucionar esse mistério é uma das maiores prioridades da ciência. Até que essa solução venha, temos de viver com a ideia de que a "casa" que estamos tentando pesar por anos é mais pesada do que esperávamos e, mais complicada – indo além da nossa compreensão.
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