A matéria escura e a energia escura, que constituem a maior parte do universo, são forças indescritíveis que moldam a estrutura e a expansão cósmica. Cientistas de todo o mundo, incluindo o Laboratório Nacional de Argonne, estão a utilizar tecnologia avançada para desvendar estes mistérios. Crédito: SciTechDaily.com
O que são matéria escura e energia escura?
Há algo errado no cosmos. Influências misteriosas parecem estar separando o universo e agrupando coisas de maneiras inesperadas, mas não podemos vê-las ou tocá-las. Os cientistas chamam essas influências de energia escura e matéria escura.
Os humanos estudam o céu há milhares de anos e, no último século, os cientistas começaram realmente a compreender como o universo se move e muda sob a influência de uma força chamada gravidade. A gravidade afeta tudo, incluindo não apenas a matéria – um termo científico para designar coisas – mas também a luz. É o que atrai nossos corpos para a Terra e também funciona nas vastas distâncias entre estrelas e galáxias.
Neste vídeo Science 101, os pesquisadores de pós-doutorado Gillian Beltz-Mohrmann e Florian Kéruzoré exploram dois dos maiores mistérios da ciência: a matéria escura e a energia escura. Essas estranhas influências parecem estar separando o universo e agregando coisas de maneiras inesperadas. Juntos, eles representam 95% do universo, mas como não podemos vê-los ou tocá-los, não sabemos o que são. Pesquisadores de todo o mundo, incluindo cientistas do Laboratório Nacional Argonne do Departamento de Energia dos EUA, estão investigando a natureza da matéria escura e da energia escura através de grandes pesquisas cosmológicas, experimentos de física de partículas e computação e simulação avançadas.
A gravidade desempenha um papel crucial na forma como as galáxias se formam e se movem. À medida que os cientistas aprendem mais sobre o Universo, descobrem que muito do comportamento das galáxias não faria sentido a menos que houvesse uma enorme quantidade de matéria invisível presente – muito mais matéria do que ainda não descobrimos. Esta matéria invisível – ou escura – exerce uma atração gravitacional extra. Se não existisse, algumas galáxias se desintegrariam e outras nem sequer teriam se formado.
Este gráfico mostra um exemplo realista de como a matéria escura pode fazer com que regiões externas de galáxias espirais girem mais rápido do que fariam se estivessem apenas sob a influência da gravidade da matéria visível. Esta discrepância sugere que existe matéria escura, exercendo uma atração gravitacional adicional. Crédito: Laboratório Nacional Argonne
Chamamos isso de “escuro” porque não podemos vê-lo. Ao contrário da matéria visível (matéria que podemos ver, incluindo estrelas, planetas, água, etc.), ela não parece liberar ou absorver luz, ou interagir com outra matéria, exceto através da gravidade. Sabemos onde deveria estar, mas não há nada quando olhamos. É como ver ondulações em um lago, mas não ser capaz de ver o que as causou.
Enquanto isso, outra coisa está impulsionando o universo a se expandir cada vez mais rápido. O Universo, tanto quanto sabemos, tem vindo a expandir-se desde que começou, há 13,8 mil milhões de anos. O espaço entre os objetos está cada vez maior, como se o próprio espaço estivesse sendo esticado como a superfície de um balão à medida que é inflado. Os cientistas esperavam que a velocidade desta expansão diminuísse com o tempo, mas em vez disso, descobriram o oposto. Há cerca de cinco mil milhões de anos, a expansão do Universo começou a acelerar. Não sabemos o que está a causar esta expansão acelerada, mas demos-lhe o nome de energia escura.
A atração gravitacional da matéria escura pode desviar a luz que viaja de galáxias distantes, fazendo com que suas imagens pareçam distorcidas quando alcançam nossos telescópios. Este fenômeno, chamado de lente gravitacional, revela a presença da matéria escura mesmo que não possamos vê-la. Crédito: Laboratório Nacional Argonne
Pelo que os cientistas sabem, a matéria visível representa apenas 5% do universo. Acredita-se que a matéria escura e a energia escura representem os outros 27% e 68%, respectivamente. Em outras palavras, o que conhecemos bem – a matéria visível – não chega nem perto de explicar a natureza da grande maioria do universo.
Então, como os cientistas estão tentando resolver esse mistério? O que são matéria escura e energia escura?
Para descobrir, precisamos de dados, e muitos deles. Para coletar esses dados, os cientistas constroem telescópios e câmeras gigantes. Estes incluem os Telescópios Espaciais Hubble e James Webb no espaço sideral; o Telescópio do Pólo Sul na Antártica; o Instrumento Espectroscópico de Energia Escura no Arizona; e o Dark Energy Survey e o próximo Observatório Vera C. Rubin no Chile.
O universo é predominantemente composto de energia escura e matéria escura. A matéria visível (tudo o que podemos ver, incluindo estrelas e planetas) representa apenas cerca de 5% do universo. Os cientistas estão investigando a natureza dos 95% desconhecidos. Crédito: Laboratório Nacional Argonne
Estes instrumentos sensíveis examinam o céu para revelar a localização e o movimento das galáxias no Universo ao longo do tempo. Os supercomputadores ajudam os cientistas a realizar simulações detalhadas do universo, bem como a analisar os dados dos telescópios. Além de olhar para o céu em busca de respostas, os cientistas também estão construindo detectores sensíveis para procurar diretamente matéria escura na Terra.
Pesquisadores do Laboratório Nacional Argonne do Departamento de Energia dos EUA contribuem para o estudo da matéria escura e da energia escura através da participação nessas grandes pesquisas cosmológicas, experimentos de física de partículas e usando computação e simulação avançadas. As informações dessas pesquisas e simulações ajudam os cientistas a criar mapas de onde existe matéria escura e fornecem pistas sobre a natureza da energia escura.
À medida que os nossos telescópios, supercomputadores e outros instrumentos se tornam mais sofisticados, encontramos cada vez mais provas de que estamos a perder algo grande, e os cientistas estão a trabalhar para compreender o que poderá ser. O trabalho dos cientistas de Argonne está aproximando o mundo da desvendação destes mistérios cósmicos.
