Entre planetas, estrelas, asteroides e outros objetos celestes, há uma imensa quantidade de elementos de natureza desconhecida no cosmos, que afetam gravitacionalmente a dinâmica das galáxias e do universo em si. São substâncias que se encaixam na categoria “matéria escura”, que nem mesmo os astrônomos conseguiram ainda identificar do que se tratam.
Estima-se que somente 5% da massa de todo universo seja constituída a partir de matéria ordinária. O restante se deve à matéria escura (25%) e a uma forma pouco compreendida de energia, chamada “energia escura” (70%), que atualmente tem provocado a expansão acelerada do universo.
Acredita-se que a matéria escura seja formada por objetos compactos e supermassivos, como buracos negros, ou partículas hipotéticas e quase indetectáveis conhecidas como neutrinos inertes.
Como determinar a quantidade de matéria escura no universo?
Segundo o site Live Science, os astrônomos têm uma variedade de ferramentas para medir a quantidade total de matéria no universo e compará-la com a quantidade de matéria “normal” (também chamada de “bariônica”). A técnica mais simples é comparar duas medições.
A primeira é a quantidade total de luz emitida por uma grande estrutura, como uma galáxia, que os astrônomos podem usar para inferir a massa desse objeto. A segunda é a quantidade estimada de gravidade necessária para manter a grande estrutura unida.
Quando os astrônomos comparam essas medições em galáxias e aglomerados em todo o universo, eles obtêm o mesmo resultado: simplesmente não há matéria normal e emissora de luz suficiente para explicar a quantidade de força gravitacional necessária para manter esses objetos juntos.
Assim, deve haver alguma forma de matéria que não esteja emitindo luz: a matéria escura.
Galáxias diferentes têm proporções diferentes de matéria escura em relação à matéria normal. Algumas galáxias quase não contêm matéria escura, enquanto outras são quase desprovidas de matéria normal. Mas medição após medição chega ao mesmo resultado médio: cerca de 95% da composição do universo não emite ou interage com a luz.
Existem muitas outras maneiras pelas quais os astrônomos podem validar esse resultado. Por exemplo, um objeto massivo, como um aglomerado de galáxias, deformará o espaço-tempo em torno dele tanto que dobrará o caminho de qualquer luz que passe – um efeito chamado lente gravitacional.
Os cientistas podem então comparar a quantidade de massa que vemos de objetos emissores de luz com a massa necessária para explicar a lente, provando novamente que a massa extra deve estar à espreita em algum lugar.
Eles também podem usar simulações de computador para observar o crescimento de grandes estruturas. Bilhões de anos atrás, nosso universo era muito menor do que é hoje.
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Levou tempo para as estrelas e galáxias evoluírem, e se o universo tivesse que confiar apenas na matéria normal e visível, então não veríamos nenhuma galáxia hoje. Em vez disso, o crescimento das galáxias exigiu “piscinas” de matéria escura para a matéria normal se acumular, de acordo com o cosmólogo Joel Primack.
Por fim, os cosmólogos podem olhar para trás no tempo, quando o universo tinha apenas poucos minutos de idade, e os primeiros prótons e nêutrons se formaram. Os cientistas podem usar nossa compreensão da física nuclear para estimar quanto hidrogênio e hélio foram produzidos naquela fase.
Esses cálculos apontam com precisão a proporção de hidrogênio para hélio no universo atual. Eles também preveem um limite absoluto para a quantidade de matéria bariônica no cosmos, e esses números concordam com as observações de galáxias e aglomerados atuais, de acordo com o astrofísico Ned Wright.
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