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   A maneira como o ser humano vê o universo está mudando. Cada vez mais, fica claro o quão pouco sabemos sobre ele. Na verdade, a cosmologia oferece uma resposta que é aceita pela maioria da comunidade científica: conhecemos apenas 4% do universo. E os outros 96%, do que é feito?  Nós não sabemos com certeza.

   O modelo que se tornou o paradigma devido ao seu sucesso na explicação da formação da estrutura do universo em grande escala e todos os dados cosmológicos até o presente, é o Lambda Cold Dark Matter (ΛCDM). O modelo assume como válida a teoria de gravitação geral de Einstein (representada pelo parâmetro Λ, a chamada constante cosmológica) e é a mais simples parametrização do modelo de Big Bang cosmológico. Esse modelo, que prevê a existência da matéria escura fria e da energia escura, através do parâmetro Λ, é compatível com o fato de vivermos num mundo escuro, conforme mostra a Figura 1.

Figura 1 – Distribuição dos componentes do Universo. Cerca de 96% é formado por componentes que não interagem com a luz; interagem apenas gravitacionalmente.

 

Crédito: Physics for the 21st Century – Unit 10 – Dark Matter.
Disponível em: learner.org/courses/physics/unit/text.html?unit=10

 

  A energia escura é algo que os cientistas ainda não têm mita ideia do que se trata e é vista muitas vezes como algo especulativo. Já a matéria escura, é algo bem mais estudado e compreendido (mas ainda não observado!). Em 1933, Fritz Zwicky apontou que os aglomerados galácticos deveriam ter mais massa do que sua massa luminosa observada (ele usou as observações e cálculos de conservação de energia cinética e potencial, conhecido como Teorema do Virial, para chegar a essa conclusão). Ou seja, existia uma “massa faltante”. Como não era visto à luz visível, esse objeto ficou conhecido como matéria escura.

 Isso foi apenas a ponta do iceberg no que se diz respeito à matéria escura. Na década de 1970, foram realizadas simulações computacionais que determinaram que, para os discos galácticos ficarem estáveis, eles precisavam de pelo menos 10 vezes mais massa do que tinham (essa massa seria distribuída esfericamente em torno das galáxias).

   A determinação da massa das estrelas e das estruturas celestes é de fundamental importância, pois um erro nessa determinação faria com que os cosmólogos que trabalham com matéria escura cometessem erros que impossibilitariam o desenvolvimento do modelo da matéria escura. Com o desenvolvimento da tecnologia computacional, somos capazes de analisar modelos cosmológicos em grande escala e confrontar seus resultados com os dados observacionais.

  Como observar o invisível? Como a maior parte das estruturas presentes no universo é escura, não conseguimos observá-las com telescópios ópticos, por mais potentes que sejam. Como os olhos humanos não são capazes de observar  essas estruturas, precisamos recorrer à tecnologia para poder sondar o espaço, no intuito de produzir um inventário confiável do universo.

  A maneira mais utilizada pelos cosmólogos para sondar o universo é usar telescópios que operam dentro de um amplo espectro eletromagnético (ver figura 2), não se restringindo apenas à banda visível.

  Após a descoberta de que cada elemento químico possui um espectro típico de linhas de absorção e emissão características, a observação espectral se tornou instrumento central na astromonia. Através da observação do deslocamento das linhas características (diminuição do comprimento de onda), podemos inferior se um objeto astronômico está se afastando do observador. Tal efeito é conhecido como redshift, que é  de fundamental importância para o estudo do cosmos. 

 Figura 2 – Espectro eletromagnético 

 

Credito: figura disponível no site http://pt.slideshare.net/jesraynenascimento/aulas-prevupe-ondas

   Embora existam diversas evidências observacionais desde o trabalho pioneiro de Zwicky, pouco se sabe sobre a sua natureza.   No entanto, dados comsológicos dão preferência para a chamada matéria escura fria (CDM, na sigla em inglês), que são objetos que se movem devagar em relação à velocidade da luz.

  Dentre alguns candidados à CDM, encontram-se os chamados WIMPs (weakly interacting massive particles, em inglês), que são partículas massivas interagindo somente através da interação fraca. Neutrinos do modelo padrão da física de partículas poderia, em princípio, ser um bom candidato. Contudo, não haveria uma quantidade suficiente deles no universo para justificar as observações cosmológicas.

  Com isto, atualmente os cientistas especulam sobre a existência de novas partículas fundamentais, não previstas pelo modelo padrão, como os chamados neutralinos, que são ingredientes de modelos supersimétricos, que são modelos que têm a intenção de complementar o modelo padrão.

  Levando-se em conta que os CDMs são WIMPs, a física de partículas começa a contribuir de forma importante para se desvendar o segredo da matéria escura, tanto pelo aspecto teórico como experimental.

  Neste cenário, o grande colisor de hádrons (LHC, na sigla em inglês), o descobrir do bóson de Higgs, também poderá entrar na história como o descobridor da matéria escura.

  O LHC é um colisor que acelera feixes de prótons de altíssimas energias, em torno de 10 TeV (Tera elétron-volts), de forma que da colisão entre os prótons dos feixes possam surgir partículas não observadas até então. Essas partículas pesadas (mais de 100 vezes a massa do próton) podem decair e eventualmente produzir neutrinos. Como esses só interagem fracamente, como os neutrinos, tendem a escapar dos detectores, como partículas fantasmagóricas. Apesar disto, dependendo das suas características, como a sua massa e a forma que forem produzidas, poderão ser “observados”.

 Convidamos o leitor a nagevar por esse mundo sombrio e instigante da matéria escura, clicando no menu à esquerda.

   Tenham uma ótima navegação.