matéria escura

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Science

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  1. 1. A maior e invisvel parte do Universo EIXO PRINCIPAL Aps muito observar o Universo prximo e distante, os astrnomos e fsicos chegaram concluso que a matria como a conhecemos, formada pelos tomos da tabelaperidica, constitui somente 4% do Universo. Ou seja, no sabemos a natureza do que constitui 96% do Universo! O que conhecemos o que chamamos de matria barinica, feita de prtons e neutrons. O que no conhecemos so a matria escura, que constitui algo como 23% do Universo e a energia escura, que constitui uns 73%. pie.tif: Diagrama mostrando adistribuio aproximada dos componentes do Universo. Fonte: http://chandra.harvard.edu/photo/2004/darkenergy/pie.tif EIXO PRINCIPAL Matria Escura Sabemos h quase um sculo que as galxias se afastam umas das outras. Ou seja, o Universo est em expanso e a velocidade de afastamento proporcional sua distncia. Essa a lei de Hubble, que leva o nome do astrnomo, Edwin Hubble, que a formulou em 1929.
  2. 2. Hubble_law.png: Quanto mais distante uma galxia, mais deslocado para o vermelho est o seu espectro eletromagntico, o que significa que maior a velocidade de afastamento de ns. Essa a Lei de Hubble. esquerda da figura, de cima para baixo, imagens de galxias cada vez mais distantes. Note como as linhas de absoro de seu espectro esto cada vez mais deslocadas parao vermelho. Fonte: http://astronomy.nmsu.edu/astro/a110labs/labmanual/img128.png Mas como se movimenta o material dentro de uma galxia? O que se observa que a velocidade orbital das estrelas e do meio interestelar dentro das galxias muito maior do que a esperada. A interpretao fsica deste resultado que h muito mais matria no interior das galxias, mantendo as estrelas e gs em rbita, do que aquilo que podemos observar. A massa que falta da ordem de 6 vezes a que observamos! Ou seja, precisamos de uma matria que no enxergamos, e por isto a chamamos de matria escura, de modo a explicar a grande velocidade interna s galxias. 21-1-DarkMatter.jpg: Ilustrao sobre a possvel distribuio de matria escura envolvendo uma galxia espiral como a nossa. A matria escura representada pelo grande halo esfrico de cor escura na figura, que ocupa um volume muito maior do que aquele ocupado pelas estrelas do disco da galxia (em azul) ou mesmo pelo halo estelar (cor vermelha) Fonte: http://tycho.bgsu.edu/~laird/cp_images/21-1-DarkMatter.jpg EIXO SECUNDRIO Aparentemente, a matria escura formada por partculas que interagem pouco com a matria barinica e com a luz, j que nunca foram detectadas diretamente. Apenas constatamos sua existncia pelo efeito gravitacional que esse material exerce sobre a matria visvel.
  3. 3. Experimentos paradetectar objetos como planetas, estrelas pouco luminosas ou gs frio mostraram que a quantidade destes objetos muito pequena para serem bons candidatos a matria escura. Outra evidncia da existncia de matria escura, mas agora numa escala muito maior, dada pelo movimento de galxias dentro de um aglomerado de galxias. Assim como estrelas dentro de uma galxia, as galxias tm um movimento orbital dentro dos aglomerados. Novamente, observa-se que suas velocidades so mais altas do que esperado pela quantidade de matria visvel. Nos aglomerados, alm das galaxias, h um gs rarefeito e quente, que emite em raios-X. A observao destes aglomerados mostra que a maior parte da massa visvel est neste gs. Mas mesmo considerando o gs junto com as estrelas, ainda necessrio 6 vezes mais matria para reproduzir o movimento das galxias no interior desses aglomerados. 1e0657.tif: O aglomerado de galxias Bala: na verdade o resultado da coliso de dois aglomerados. As imagens das galxias aparecem em laranja, enquanto que a imagem do gs quente (a partir da sua emisso de raios-X) aparece em vermelho. A distribuio de matria escura aparece em azul na figura, e parece seguir a distribuio das galxias. Note que a distribuio da matria escura diferente da distribuio do gs, indicando que as partculas que formam a matria escura no so como partculas de gs, que sofrem efeitos hidrodinmicos. Estes efeitos so responsveis pela imagem assimtrica do gs,que ficou para trs em relao s galxias e matria escura, medida que os dois aglomerados passam um pelo outro. Fonte: http://chandra.harvard.edu/photo/2006/1e0657/1e0657.tif EIXO PRINCIPAL A energia escura totalmente diferente da matria escura. Ela foi descoberta somente a partir de 1998, quando medidas de distncias de supernovas revelaram que o Universo parece estar em expanso acelerada. Sempre se pensou que a expanso do Universo, conhecida h
  4. 4. quase um sculo, fosse desacelerada gravitacionalmente pela prpria matria presente no Universo. dark_expansion-lg.jpg: Representao esquemtica da expanso do Universo ao longo do tempo. O tempo aumenta de baixo para cima. No incio, logo aps o Big Bang, houve desacelerao da expanso por causa da gravidade. Mas, na poca atual, h uma acelerao da expanso, devido energia escura. Somente a observao de supernovas a grandes e variadas distncias, com os modernos telescpios, permitiu descobrir essa mudana na expanso. Fonte: http://www.stsci.edu/%7Einr/thisweek1/thisweek/dark_expansion-lg.jpg EIXO SECUNDRIO Para enternder como foi descobertaa energia escura, podemos fazer um paralelo com o processo de jogar uma pedra para cima. Devido fora gravitacional da Terra, a pedra sobe num movimento desacelerado, ou seja, a velocidade diminui com a altura. O que voc pensaria se visse uma pedra subir e de repente a velocidade da pedra para cima comeasse a aumentar? Voc concluiria que tem alguma fora misteriosa empurrando a pedra, e poderia cham-la de energia escura. O nome, portanto, se deve nossa ignorncia sobre a natureza desta energia misteriosa. vertical_motion.bmp: Se jogamos um objeto para cima ele desacelerado pela gravidade, atinge uma altura mxima e volta ao cho. O que diramos se a velocidade do objeto aumentasse, ou seja, se ele fosse acelerado para cima?! Fonte: http://faculty.trinityvalleyschool.org/hoseltom/labs/z3516.bmp
  5. 5. Existem algumas hipteses para tentar explicar a energia escura. Uma delas que a energia necessria para acelerar o Universo vem do vcuo. De fato, experimentos de laboratrio tm demonstrado que o vcuo tem mesmo energia, s que os valores obtidos no so os esperados pela teoria, e ainda h um longo caminho a trilhar at entendermos a natureza da energia escura. EIXO PRINCIPAL Podemos ento entender a evoluo do Universo como uma competio entre a matria (dominada pela matria escura) e a energia escura, como ilustrado na abaixo. A matria, barinica e escura, produz uma fora atrativa, que desacelera a expanso do Universo, enquanto que a energia escura produz uma "fora repulsiva", que acelera a expanso. Atualmente, a fora repulsiva est vencendo a atrativa, e por isto o Universo est em expanso acelerada. Se a tendncia continuar, o futuro do Universo ser uma expanso cada vez mais rpida, que resultar num Universo frio, escuro e onde as galxias ficam cada vez mais distantes entre si. dark_energy_diagram.jpg: Ilustrao das foras que influenciam a expanso do Universo, atravs de uma analogia, o "Cabo de Guerra". Enquanto a matria escura retarda a expanso, a energia escura a acelera. No passado, ganhava a matria escura. No presente, a energia escura est ganhando. Fonte: http://www.centauri-dreams.org/wp- content/uploads/2006/11/dark_energy_diagram.jpg