Em seu livro clássico Sobre a Estrutura das Revoluções Científicas, o filósofo Thomas Kuhn postulou que, para que uma nova estrutura científica crie raízes, é necessário que haja evidências que não se encaixem bem na estrutura existente. Há mais de um século, a teoria da relatividade e da gravidade de Einstein tem sido a estrutura existente. No entanto, as rachaduras estão começando a aparecer, e um novo artigo de pesquisadores da Case Western Reserve University adicionou outro recentemente, quando eles não conseguiram encontrar energia rotacional decrescente em galáxias, mesmo a milhões de anos-luz de distância do centro da galáxia.
Sabe-se que as galáxias giram – até o nosso sistema solar viaja num círculo em torno do centro da Via Láctea a cerca de 200 km por segundo, embora não possamos perceber qualquer movimento nas escalas de tempo humanas. De acordo com a dinâmica newtoniana, esta velocidade de rotação deveria diminuir quanto mais longe uma estrela está do centro de uma galáxia. No entanto, as observações não apoiaram isto, mostrando que a velocidade se mantinha independentemente da distância da estrela.
Isso levou os cientistas a criar outra força que impactava a velocidade de rotação das estrelas mais distantes. Hoje, comumente chamamos isso de matéria escura. No entanto, os cientistas também passaram décadas tentando decifrar de que exatamente é feita a matéria escura e ainda não chegaram a uma teoria coerente.
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Mas, em alguns casos, mesmo a existência de matéria escura como a conhecemos não corresponde aos dados observacionais. Dr. Tobias Mistele, pós-doutorado na Case, descobriu que a velocidade de rotação das galáxias não diminui, não importa quão longe elas estejam e não importa há quanto tempo estão assim. Estes dados vão contra a compreensão tradicional da matéria escura, onde a sua influência gravitacional é sentida por um “halo” que rodeia a própria matéria escura. Mesmo esses halos de matéria escura têm uma área efetiva. O Dr. Mistele e os seus co-autores encontraram evidências de velocidade de rotação mantida que deveria estar bem fora da esfera de influência de qualquer halo de matéria escura existente nestas galáxias.
Para coletar esses dados, os autores usaram uma ferramenta favorita dos cosmólogos – lentes gravitacionais. Eles coletaram dados sobre galáxias que estavam distantes e tiveram sua luz amplificada por um aglomerado de galáxias ou objeto de massa semelhante que estava mais próximo. Ao coletar os dados, o Dr. Mistele analisou a velocidade de rotação das estrelas em uma galáxia e representou-a em relação à distância dessas estrelas ao centro da galáxia. Isso é conhecido como relação “Tully-Fisher” em cosmologia.
O resultado foi uma linha quase perfeitamente reta – a velocidade de rotação das estrelas numa galáxia não parecia diminuir com a distância do centro da galáxia, como previram tanto a dinâmica newtoniana tradicional como a relatividade através da matéria escura. Então, que explicações alternativas existem?
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A coautora do artigo, Stacy McGaugh, aponta em um comunicado à imprensa que uma teoria da física previu com precisão os dados que sua equipe havia coletado – a teoria modificada da Dinâmica Newtoniana (ou MOND). Projetado explicitamente para explicar coisas como rotações de galáxias, o MOND foi desenvolvido em 1983 e permanece controverso até hoje. Ele luta com coisas como as lentes gravitacionais com as quais os dados do artigo foram coletados.
Essa desconexão aponta para a necessidade de uma compreensão mais profunda da gravidade – o que Kuhn chamou de “crise”, que muitos cosmólogos já acreditam estar afligindo a disciplina. Embora não exista actualmente um consenso sobre o que poderá resolver essa crise, aumentam as provas da necessidade de uma resolução. Se quisermos realmente compreender o nosso lugar no universo, eventualmente precisaremos descobrir uma solução – isso pode demorar um pouco.
Saber mais:
CERVEJA – Novas pesquisas inovadoras mostram que as curvas de rotação das galáxias permanecem planas indefinidamente, corroborando as previsões da teoria da gravidade modificada como uma alternativa à matéria escura
Mistele et al. – Velocidades circulares indefinidamente planas e a relação bariônica de Tully-Fisher a partir de lentes fracas
UT – Os binários amplos serão o fim do MOND?
UT – Novas medições da rotação da galáxia inclinam-se para a gravidade modificada como uma explicação para a matéria escura
UT – As primeiras galáxias giraram lentamente, acelerando ao longo de bilhões de anos
Imagem principal:
Ilustração da curva de rotação da galáxia utilizada na pesquisa.
Crédito – Mistele et al.
