A matéria escura é da natureza poltergeist. Podemos ver seus efeitos, mas não podemos vê-los e não sabemos o que é. É como se a Natureza nos estivesse a pregar partidas, escondendo a maior parte da sua massa e confundindo os nossos esforços para determinar o que ela é.
Tudo faz parte do problema da “massa perdida” do Universo. Na verdade, é nosso problema. O Universo é o que é. É a nossa compreensão do Universo, da massa e da gravidade que é o problema. E uma solução está se mostrando ilusória.
Qualquer que seja a massa que falta ou o que causa os efeitos que observamos, temos um nome substituto para ela: matéria escura. E representa 85% da matéria do Universo.
Poderia a matéria escura ser buracos negros primordiais? Poderia ser eixos? Que tal WIMPS? São fótons escuros seu portador de força? Há muito pensamento teórico, mas nenhuma conclusão.
Uma nova pesquisa publicada na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society diz que a nossa busca pela matéria escura pode estar fora do caminho. Em vez de procurar um tipo de partícula, a solução pode estar num tipo de defeito topológico encontrado em todo o Universo e que tem as suas raízes nas fases iniciais do Universo.
A nova pesquisa está em um artigo intitulado “A ligação de estruturas cosmológicas por defeitos topológicos sem massa.” O autor é Richard Lieu, um ilustre professor de física e astronomia da Universidade do Alabama em Huntsville.
“Não há então necessidade de perpetuar esta busca aparentemente interminável pela matéria escura.”
Dr. Richard Lieu, Professor, Universidade do Alabama, Huntsville
Como o título do artigo deixa claro, a matéria escura tem um efeito vinculativo em estruturas como as galáxias. Os astrónomos sabem que as galáxias não têm massa mensurável suficiente para se manterem unidas. Ao medir a massa das estrelas e do gás nas galáxias, ficou claro que os componentes visíveis das galáxias não fornecem massa suficiente para se manterem unidos. Eles deveriam simplesmente se dissipar em suas estrelas constituintes e nuvens de gás.
Mas as galáxias não se dissipam e os cientistas concluíram que falta algo. O professor Lieu tem outra ideia.
“Minha inspiração veio da busca por outra solução para as equações do campo gravitacional da relatividade geral – cuja versão simplificada, aplicável às condições de galáxias e aglomerados de galáxias, é conhecida como equação de Poisson – que fornece uma força gravitacional finita. na ausência de qualquer massa detectável”, disse Lieu. “Esta iniciativa é, por sua vez, motivada pela minha frustração com o status quo, nomeadamente a noção da existência da matéria escura, apesar da falta de qualquer evidência direta durante todo um século.”
Um século inteiro é muito tempo na era da ciência moderna. Não é surpreendente que a Natureza tenha o poder de nos confundir, mas é um tanto surpreendente que tenha sido feito muito pouco progresso no problema. Os cientistas fizeram grandes progressos na compreensão de como a matéria escura influencia a estrutura em grande escala do Universo, um feito impressionante, mas ainda não descobriram o que é.
“A natureza da matéria escura (DM), definida especificamente nesta carta como um componente desconhecido do substrato cósmico responsável pelo campo gravitacional extra que une galáxias e aglomerados de galáxias, tem sido um enigma há mais de um século”, disse o Dr. Lieu escreve em seu artigo.
O trabalho de Lieu depende transições de fase no universo. São episódios em que o estado da matéria no Universo muda. Não localmente, mas em todo o cosmos. Um exemplo é quando o Universo esfriou o suficiente para permitir que a força forte ligar quarks em prótons e nêutrons.
Dr. Lieu afirma que defeitos topológicos poderiam ter se formado durante uma dessas transições de fase. Esses defeitos podem assumir a forma de regiões compactas semelhantes a conchas, onde a densidade da matéria é muito maior. Quando dispostos em anéis concêntricos, esses defeitos se comportam como a gravidade, mas não possuem massa.
“Atualmente não está claro que forma precisa de transição de fase no universo poderia dar origem a defeitos topológicos deste tipo”, diz Lieu. “Os efeitos topológicos são regiões muito compactas do espaço com uma densidade de matéria muito alta, geralmente na forma de estruturas lineares conhecidas como cordas cósmicas, embora estruturas 2-D, como conchas esféricas, também sejam possíveis. As conchas no meu artigo consistem em uma fina camada interna de massa positiva e uma fina camada externa de massa negativa; a massa total de ambas as camadas – que é tudo o que se pode medir, em termos de massa – é exatamente zero, mas quando uma estrela se encontra nesta concha, ela experimenta uma grande força gravitacional puxando-a em direção ao centro da concha.”
Portanto, apesar da nossa incapacidade de medir a massa, ela está lá e outros objetos respondem a ela. A massa distorce o espaço-tempo e afeta até mesmo fótons sem massa. Esse fato está subjacente à nossa capacidade de usar lente gravitacional. Usamos a massa dos aglomerados de galáxias em lentes gravitacionais. Um conjunto de cascas esféricas, como Lieu fala, poderia causar o mesmo efeito.
“A curvatura gravitacional da luz por um conjunto de conchas singulares concêntricas que compreendem uma galáxia ou aglomerado é devida a um raio de luz sendo desviado ligeiramente para dentro – isto é, em direção ao centro da estrutura de grande escala, ou conjunto de conchas – à medida que passa por uma concha”, observa Lieu. “O efeito total da passagem através de muitas conchas é uma deflexão total finita e mensurável que imita a presença de uma grande quantidade de matéria escura da mesma forma que a velocidade das órbitas estelares.”
Como os astrónomos medem as massas das galáxias e dos aglomerados de galáxias medindo a luz que desviam e a forma como afectam a órbita das estrelas, os astrónomos poderiam estar a medir defeitos topológicos em vez de partículas que constituem a matéria escura.
“Tanto a deflexão da luz como as velocidades orbitais estelares são o único meio pelo qual se mede a força do campo gravitacional numa estrutura de grande escala, seja ela uma galáxia ou um aglomerado de galáxias”, diz o Dr. “A afirmação do meu artigo é que pelo menos as conchas que ele postula não têm massa. Não há então necessidade de perpetuar esta busca aparentemente interminável pela matéria escura.”
Em 2022, os pesquisadores descobriram um arco gigante no céu. Abrange 1 Gigaparsec e é quase simétrico. É uma das várias estruturas de grande escala que parece ir contra o Modelo Padrão e o Princípio Cosmológico em que se baseia.
“A observação de arcos e anéis gigantes poderia dar mais apoio à alternativa proposta ao modelo DM”, escreve Lieu em seu artigo. Ele também ressalta que as conchas que propõe não precisam ser uma esfera completa.
Se estas conchas existirem, o seu alinhamento também governaria a formação e a forma das galáxias e aglomerados. Pesquisas futuras determinarão exatamente como essas conchas se formam. “Este artigo não tenta resolver o problema da formação de estruturas”, diz Lieu. Na verdade, Lieu reconhece que atualmente não há como observar como eles podem se formar.
“Um ponto controverso é se as conchas eram inicialmente planas ou mesmo cordas retas, mas o momento angular as enrola. Há também a questão de como confirmar ou refutar os projéteis propostos por meio de observações dedicadas”, diz Lieu.
Cientista experiente, Lieu conhece os limites do que propõe.
“É claro que a disponibilidade de uma segunda solução, mesmo que seja altamente sugestiva, não é por si só suficiente para desacreditar a hipótese da matéria escura – poderia ser, na melhor das hipóteses, um exercício matemático interessante”, conclui Lieu. “Mas é a primeira prova de que a gravidade pode existir sem massa.”
