A Matéria Escura
A matéria escura é uma matéria que não é provada sua existência, ou seja, ela é hipotética, no entanto por ser detectável se torna obvio por lógica. Ela foi cogitada de existir há cerca de 60 anos, pelo astrofísico suíço Fritz Zwicky (1898-1974), no entanto ele não conseguiu juntar provas o suficiente para convencer os astrólogos da época. Essa observação não foi aceita, mantendo-se ignorada por cerca de 40 anos.
Foi então que Vera Cooper Rubin (1928-2016), uma astrônoma estadunidense, com anos de observações, percebeu que em as estrelas localizadas nas periferias das galáxias possuem uma velocidade igual as que estão mais próximas do núcleo galáctico. Isso estava em desacordo com o esperado, pois pressuponham que as estrelas que orbitam próximas ao núcleo galáctico, teriam velocidades maior das mais distantes. Os resultados também contrariavam a leis da mecânica clássica, em vista que, para as estrelas possuírem aquelas altas velocidades, teria que haver muito mais massa do que a contabilizada (era contabilizada a matéria visível, como estrelas, planetas, galáxias, entre outros).
Sabe-se que uma orbital tem que ter um equilíbrio entre a velocidade orbital e a gravidade, portanto se a velocidade é maior que a prevista, a gravidade também será maior. E a gravidade é gerada pela matéria e é proporcional a ela, então quanto maior a massa, maior a gravidade. Desse modo, quando começaram a ser feito cálculos a partir disso era impressionante, pois o resultado da massa total da galáxia chega a ser dez vezes superior à massa prevista (massa que conseguimos ver). Então, essa massa misteriosa que compunha cerca de 90% de uma galáxia foi chama de matéria escura.
A partir disso a matéria escura se tornou um postulado, pois certamente existe muito mais dessa matéria, do que a visível. Ela possui umas propriedades peculiares, muitas hipotéticas e muitas ainda não descobertas, mas uma delas é o fato dela não interagir com a luz, não emitindo, nem refletindo-a, tornando assim impossível de ser vista.
Como foi provada sua existência?
Foi possível detectá-la porque a gravidade distorce a trajetória da luz, logo se uma estrela ou uma galáxia que está sendo observada tem distorção, então há um corpo maciço entre o telescópio e o objeto observado.
Do que ela é constituída?
Existem algumas teorias e uma delas é a “Hipótese dos objetos astronômicos de Halo Compacto”, essa teoria supõe que a matéria escura é constituída de muitos objetos maciços não detectados por não interagir com a luz. Esses objetos podem ser estrelas anãs brancas, estrelas anãs marrom, estrelas de nêutrons, alguns planetas com grande massa e buracos negros primordiais (buraco negro hipotético que se forma pela extrema densidade da matéria presente durante a expansão inicial do universo).
Outra teoria, a mais aceita até o momento, é que a matéria escura seja constituída principalmente das partículas maciças de interação fraca ou WIMP (Weakly Interacting Massive Particles). Supostamente essas partículas possuem muita massa, são abundantes no universo e interage muito fracamente com átomos (apenas com a força gravitacional e a força nuclear fraca). Tudo o que vemos é composto por átomos, e a matéria composta por átomos recebe o nome de matéria bariônica, e certamente a matéria escura é considerada não-bariônica. As WIMP’s candidatas são os fotinos, neutralinos e os neutrinos inertes (todas são partículas elementares), essas partículas são estáveis, possuem massa alta, se movem lentamente, possuem carga neutra e não interagem com forca eletromagnética (assim, não interagem com a luz).
Segundo essa teoria, a matéria escura não é mais criada, pois as observações que fazemos hoje, por conta da velocidade da luz ser limitada e demorar para percorrer enormes distancias, vemos o universo como se houvesse passado apenas 300 mil anos após o Big Bang, e a matéria escura já estava lá e permanece a mesma com o passar do tempo. A matéria escura interage com a matéria bariônica pela força gravitacional e a força nuclear fraca. A força nuclear fraca está relacionada a desintegração de partículas, logo deduzem que essa partícula com muita energia ao se desintegrar emita partículas de matéria escura. Segundo a teoria, a partícula candidata que existia nas condições extremas do início do universo é o Bóson de Higgs.
Então após a explosão do Big Bang, o universo era tão denso que havia energia suficiente para que incontáveis Bósons de Higgs se desintegrassem emitindo quantidades absurdas de fótons e toda a matéria escura existente.
Importância:
A matéria escura teve um papel muito importante para a formação que hoje vemos no universo, ela foi a responsável por agrupar a matéria bariônica formando assim praticamente tudo o que conseguimos ver no universo, desde planetas, estrelas, galáxias e aglomerados de galáxias.
Lembrem-se a matéria escura é uma hipótese, ainda não há nenhuma confirmação concreta de tudo isso.
A Energia Escura
A energia escura é um conceito criado recentemente, no ano de 1998. Ela é uma energia hipotética que foi descoberta por conta da curiosidade do ser humano de descobrir, entender e medir a curvatura do universo. Após o Big Bang houve uma força de expansão, por causa da explosão, que expulsa as galáxias para longe uma das outras. E no vácuo, um objeto que está em movimento, tende a permanecer em movimento com velocidade constante se nenhuma força for exercida sobre ele (Lei da Inercia, ou Primeira Lei de Newton). Então existe a solução de que o universo possui grande massa, e massa gera gravidade, e gravidade pode executar uma força para diminuir a velocidade de um corpo no espaço. Então para a solução desse problema existia três soluções:
Universo fechado:
No universo fechado, de acordo com a teoria, o universo tem muita massa, que gera uma gravidade tão forte que é capaz de não somente frear, mas também de retrair tudo ao ponto de origem, sofrendo o “Big Crunch”, que é o oposto ao Big Bang.
Universo plano:
No universo plano, a massa é equilibrada, esse equilíbrio desacelera a velocidade gradativamente, mas isso num tempo infinito.
Universo aberto:
No universo aberto, a massa é pequena e em comparação com o espaço, e a gravidade não tem forças suficientes para parar a expansão do universo. Ou seja, o universo continuará expandindo.
Ponto de partida:
Para estudar isso, e medir as distâncias com precisam, os astrólogos precisavam de uma referência. Então, eles começaram a usar uma supernova (explosão de uma estrela), mais precisamente uma supernova de uma anã branca (uma estrela morta), de tipo 1A. Esse tipo de supernova tem um brilho quase que igual em todas as explosões, assim quando se relaciona com o brilho emitido por elas, é possível calcular a distância. Mas quando relacionaram todas as explosões de supernovas registradas, o esperado era algo constante, mas o resultado foi espantoso para todos na época, porque constataram que o universo estava em expansão, mas em ritmo acelerado.
Isso foi contra tudo e todos, porque como é possível em um universo cheio de matéria, que possui grande gravidade, que deveria atrair tudo, está se expandindo em ritmo acelerado? Como uma força de repulsão, ou pressão, talvez uma gravidade negativa.
Descobertas de Einstein e Hubble:
Quando Albert Einstein (1879-1955), fez a Teoria Geral da Relatividade, em seus cálculos ele teve resultados como se as estrelas tivessem além da gravidade uma força de repulsão, entretanto, na época, acreditava-se que o universo era somente a nossa galáxia e era estático, ou seja, ele pensou que estava errado. Então, para compensar esse fator de repulsão, ele criou a Constante Cosmológica.
Foi aí que Edwin Powell Hubble (1889-1953), descobriu, por meio de observações, que Einstein estava certo e sua equação não precisava da constante cosmológica. O universo estava sim em expansão e não existia somente a nossa galáxia.
Depois, com os avanços tecnológicos, e com as supernovas como referencial, viram que o universo estava em expansão em ritmo acelerado, mas na ciência, nada é por acaso, então, têm que haver alguma força que causa essa aceleração. É como que quanto maior o espaço, mais energia e mais aceleração para afastar as galáxias. E essa hipotética energia, que emite luz que deduzimos ser a energia escura.
Teorias:
Constante Cosmológica:
Einstein percebeu que o espaço vazio não significa o mesmo de não ter nada, pois ele cria mais dele mesmo, por meio da energia própria que ele possui. Essa energia se multiplica junto com o espaço e se torna combustível para mais, e mais rápido ele se expanda. Podemos fazer essa predição por causa da Constante Cosmológica, que ninguém sabe o porquê de ter aquele exato valor, mas que é proporcional a aceleração da expansão do universo.
Quinta Força:
Nessa teoria, já descartada, diz que a energia escura é uma força diferente das outras quatro existentes (Força Nuclear Forte, Força Nuclear Fraca, Força Eletromagnética e Força Gravitacional). Ela dizia que essa não fazia parte de nenhuma das outra por conta de suas peculiaridades e predisseram que no vácuo ele tem grande força, e que perto de muita matéria se torna fraca.
Teoria Quântica de matéria:
Nessa teoria, pressupõe que o espaço vazio está cheio de partículas elementares, que constantemente surgem e desaparecem. Esse fenômeno geraria força suficiente para a expansão acelerada do universo. O único problema é que ela não consegue se realizada nos cálculos.
Teoria da Quintessência:
Essa teoria pressupõe que a energia escura é uma espécie de um campo energético ou uma espécie de fluído, que permeia todo o cosmos. E assim causa a aceleração que podemos atestar. Ele ao contrário da Constante cosmológica, pode variar no espaço-tempo.
Teoria que a Teoria da Gravidade de Einstein Esteja Errada:
Na realidade essa não existe uma teoria, é somente alguns físicos e astrólogos que pensam que a teoria da Gravidade de Einstein está errada, mas não tem nenhuma alternativa. Isso causaria uma mudança total em quase tudo o que sabemos do nosso universo. Mas talvez, eles estejam certos, e a resposta, dessa nova teoria, esteja num outro problema não resolvido, a reconciliação da física quântica com a física de objetos a níveis galáctico.
A teoria da gravidade explica o movimento de planeta, galáxias, aglomerados de galáxias e buracos negros. Já a mecânica quântica, estuda o comportamento das partículas subatômicas. Entretanto, seria necessária uma teoria que unificasse as duas, o que levaria a humanidade a uma busca pela teoria de tudo.
Diferença entre matéria e energia escura:
Antes de mais nada, é importante saber que tudo a respeito da matéria e da energia escura ainda é hipotético. Os astrônomos e os físicos, estão fazendo tudo para comprovar, mas ainda é cedo para afirmar com certeza.
As duas possuem uma grande diferença, a matéria escura possui muita massa e muita gravidade, o que faz com que ela permite que as galáxias não se desfaçam e nem os aglomerados de galáxias. Ela também é responsável pela formação de novas estrelas e outros corpos celestes. A matéria escura compõe 23% do universo. Ela manifesta seus efeitos a uma distância de cerca de no máximo 32 milhões de anos luz.
Já a energia escura, aparenta ter efeitos a uma distância de cerca de 3200 milhões de ano luz. Ela executa a função oposta à gravidade, fazendo com que as galáxias ficam cada vez mais solitárias na imensidão do universo. A energia escura compõe cerca de 72% do universo.
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