o que e a materia escura

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O Que a Matria Escura?

Se olharmos para o cu numa noite limpa sem nuvens, consegue-se ver milhares de estrelas. Com um telescpio poderemos ver muito mais objetos tais como, galxias distantes, nuvens de gs, e poeira estelar. Todos estes objetos emitem ou absorvem luz, mas se eles no emitissem luz, no poderamos saber que eles estariam ali. No decorrer das ltimas dcadas, vrios astrnomos notaram que h uma grande quantidade de matria no universo que emite pouca ou nenhuma luz. Designada apropriadamente de matria escura, apenas podemos notar sua existncia pelos seus efeitos gravitacionais. A matria escura foi postulada pela primeira vez por Fritz Zwicky (1898-1974) nos anos 1930. A presena de matria escura demonstrada pelo comportamento de galxias em rotao como a Via Lctea. Os brilhantes braos da espiral destas galxias esto difundidos por um mar de hidrognio que emite tnues sinais de rdio. Traando estes sinais, os astrnomos puderam verificar os movimentos do hidrognio. Na maioria das galxias analisadas surge uma fato relevante: como num riacho, o hidrognio movia-se como que apanhado pelo movimento da galxia. A concluso que se tirou foi de que, a maioria das galxias, estavam cercadas por um gigantesco halo de matria que no emitia radiao detectvel, mas que exercia uma fora gravitacional altamente considervel.

Aps uma grande avaliao e medidas mais precisas chegou-se a concluso que cerca de 90% da matria existente numa galxia como a nossa, feita de matria escura, ou seja, no pode ser observada nem medida diretamente. Outros estudos descobriram a existncia de matria escura nos enxames de estrelas, onde a fora gravitacional superior das zonas brilhantes das galxias. No exagero dizer que foi encontrada a presena de matria escura onde quer que investigassemos. Sabemos agora que 90% do universo constitudo de matria escura, cuja existncia permaneceu insuspeita at algumas dcadas atrs. Querendo responder questo inicial, os cientistas dividiram-se em dois grupos: os que consideram que a matria escura algo que ainda no foi detectado, como objetos do tamanho de Jpiter orbitando entre galxias, e os que, por outro lado, acham que a matria escura tem de ser alguma coisa nova, nunca antes vista pelos humanos. As melhores candidatas so um conjunto de hipotticas partculas que vrios fsicos tericos sonham h muitos anos, mas que ainda no foram detectadas em laboratrios. Os cientistas tericos consideram que um determinado tipo de matria escura seria responsvel pela formao de enxames de estrelas e de galxias nos primeiros estgios da formao do universo. Outro tipo de matria escura estaria presente na explicao do porqu da similaridade de tamanho existente entre as galxias. Em 1993, duas equipes de astrnomos anunciaram a deteco de "objetos negros" circundando a Via Lctea.

Eles tinham observado milhes de estrelas da Grande Nuvem de Magalhes, procurando uma estrela que tivesse magnitude varivel no perodo de alguns dias. A idia era de que o "objeto negro" estaria entre a Terra e a estrela, atuando como uma lente, curvando a luz da estrela, fazendo com que esta ficasse mais brilhante temporariamente. Dezenas destes acontecimentos foram observados desde ento. Os objetos negros so chamados MACHOs (MAssive Compact Halo Objects). Em 1996 um outro grupo de astrnomos anunciou outros resultados que sugeriam que 50% da matria escura na Via Lctea era feita de MACHOs, provavelmente sob a forma de estrelas ardidas. Ao mesmo tempo outras investigaes esto a ser feitas em laboratrios. A idia destas experincias de que se a Terra mergulhasse num mar de matria escura, o seu movimento nesse local deveria produzir um "vento". Usando blocos de cristais de silcio temperatura absoluta de zero graus, fsicos esto espera de que uma partcula de matria escura colida com os blocos de silcio, perturbando a sua estrutura. Estas experincias tm a finalidade de encontrar as WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles). Se estas experincias tiverem sucesso, iremos aprender que todos os nossos esforos na explorao do universo tm sido focados numa pequena fraco de matria, e que novas formas de matria existem, cuja natureza e efeitos ainda esto por se descobrir. Os recentes resultados do satlite WMAP da Nasa confirmaram que, de fato, 23% da matria existente no Universo muito diferente da matria da qual ns somos

feitos. Ela no formada por tomos com prtons, nutrons e eltrons. Dos quatro tipos existentes de interao entre partculas de matria - eletromagnetismo, gravidade, foras nucleares forte e fraca, ela experimenta apenas a fora gravitacional e, talvez, a fora nuclear fraca. Isso significa que extremamente difcil detectar essa matria. Por ela no interagir com cargas eltricas (eletromagnetismo), no emite luz. Da o seu nome, 'matria escura'. Em astronomia, sabemos que essa matria existe apenas devido aos seus efeitos gravitacionais. Vrias tcnicas observacionais acusam a sua existncia: a rotao das galxias, mais rpida do que se infere a partir da matria que vemos nelas; a curvatura exagerada dos raios de luz de uma fonte distante, ao passarem perto de uma galxia ou um aglomerado de galxias; e outras. Observaes astronmicas fornecem apenas evidncias indiretas da existncia e das propriedades da matria escura. Para resolver definitivamente esse mistrio, preciso detectar essas partculas aqui na Terra. O problema como. Existem teorias alternativas da gravidade que usam modificaes da teoria da relatividade de Einstein para acomodaras observaes astronmicas. Portanto, caso no seja possvel detectar diretamente a matria escura, essas teorias, mesmo se inelegantes sob vrios pontos de vista, no poderiam ser detectadas. Teramos de aceitar a possibilidade de a matria escura no existir, e de a fora da gravidade ter um comportamento diferente a distncias galcticas e intergalcticas. Viveramos em um Universo que permaneceria um grande mistrio H outra possibilidade. Vrias teorias da fsica de

partculas elementares, que visa entender a constituio fundamental da matria, propem a existncia de partculas que ainda no foram detectadas e que seriam excelentes candidatas para a matria escura. A mais conhecida chamada de supersimetria. Deixando de lado os detalhes, ela prev a existncia de novas partculas elementares. De fato, uma para cada partcula elementar que ns conhecemos. Em particular, prev a existncia da partcula neutralino, que tem todas as propriedades de uma partcula de matria escura: estvel e, portanto, no se desintegra em outras partculas mais leves; massa e quantidade previstas na teoria so muito prximas das necessrias para fornecer os 23% de matria escura do cosmo; interage no s atravs da gravidade, mas, tambm, da fora nuclear fraca. Essa ltima propriedade permite sua possvel deteco na Terra. O micro poder resolver um dos mistrios do macro . Se os clculos esto corretos, cada metro quadrado de superfcie da Terra (incluindo voc) atravessado por um bilho de partculas de matria escura por segundo. Isso porque a Terra, com o Sistema Solar giram em torno do centro da Via Lctea a 220 km/s. Como a galxia est imersa em um vu de matria escura, o efeito como o de correr e sentir o vento sobre a pele. No sentimos o efeito desse bombardeio porque as partculas nos atravessam como se fssemos fantasmas. S muito raramente ocorre uma coliso entre uma partcula de matria escura e uma de matria normal. No mximo uma coliso por 10 quilos de matria por dia.

So essas colises que podem ser detectadas, fornecendo prova (ou no) da existncia de partculas de matria escura. O problema que, mesmo quando ocorrem, elas so muito fracas. Existem vrios detectores espalhados pelo mundo caando neutralinos. Em breve, eles sero sensveis o suficiente para detectar ou no essas partculas. Usando tcnicas diversas, eles medem a energia transferida pelo neutralino para um ncleo de matria comum durante uma coliso. O mistrio da matria escura poder ser resolvido em menos de uma dcada, juntamente com a prova da existncia de supersimetria. Ou no, nos deixando mais uma vez pasmos perante esse estranho Universo em que vivemos.

GALXIAS TOTALMENTE NEGRAS? Justamente quando pensvamos que podamos ver tudo, os astrnomos Drs Neil Trentham, Ole Moller e Enrico Ramirez-Ruiz, da Universidade de Cambridge, publicaram na "Monthly Notices" da "Royal Astronomical Society" um intrigante artigo apontando para a curiosa possibilidade de o universo conter numerosas galxias que no possuam uma estrela sequer, mas apenas matria escura. Astrnomos podero ter de perscrutar um universo onde as galxias "normais" feitas de estrelas brilhantes seriam uma minoria em relao s galxias escuras numa proporo de 100 para 1. J existem evidncias suficientes que mostram que as galxias brilhantes contm uma quantidade enorme de matria escura, muitas vezes 10

vezes mais do que a massa de todas suas estrelas somadas. Deve haver mais massa do que podemos ver para justificar os movimentos observados das estrelas sob a influncia da gravidade de toda a galxia. Em algumas galxias vemos to poucas estrelas que elas no poderiam manter-se juntas a no ser pela influncia da enorme quantidade de matria invisvel. A imagem que comea a emergir a de que existe muita matria escura no universo e a maioria das galxias a possuem em grandes propores. Pelo lado da teoria, o paradigma da matria escura e fria aponta para o fato de que para cada galxia brilhante e de grande massa existem muitas galxias de pequena massa e invisveis. Isto poderia ser o resultado da pequenssima quantidade de estrelas talvez nenhuma formadas em seu interior. Portanto a questo : "de que forma procurar estas galxias? um desafio complicado, e a melhor tcnica a ser empregada dependeria da natureza desta matria escura, que ainda desconhecida. Existem algumas sugestes... Se esta massa escura composta inteiramente de partculas fundamentais, galxias escuras poderiam atuar como lentes gravitacionais, distorcendo a imagem de outras galxias mais distantes que se