O que é matéria escura?

Matéria escura é a denominação dada a uma grande quantidade de matéria de natureza desconhecida cujo efeito afeta gravitacionalmente a dinâmica das galáxias e do próprio Universo. Acredita-se que a matéria escura possa ser formada por objetos compactos e supermassivos, como buracos negros primordiais ou partículas hipotéticas e praticamente indetectáveis conhecidas como neutrinos inertes.

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Tópicos deste artigo

• 1 - O que é matéria escura?
• 2 - Como a matéria escura afeta o Universo?
• 3 - Do que é feita a matéria escura?

O que é matéria escura?

Cerca de 95% de toda a matéria que constitui nosso Universo, aparentemente, é feita de algo que não conhecemos e que não conseguimos observar de forma direta. Além disso, um terço de toda essa matéria desconhecida, apelidada de matéria escura, não interage eletromagneticamente, ou seja, não é capaz de emitir ou absorver qualquer tipo de radiação.

Entretanto, as observações astronômicas indicam que a matéria escura possa interagir gravitacionalmente com a matéria ordinária, que é conhecida por nós e é formada por prótons, nêutrons, elétrons e todas as demais partículas presentes no modelo-padrão.

A existência da matéria escura foi deduzida a partir da observação de efeitos gravitacionais que não poderiam existir se considerássemos exclusivamente a existência da matéria ordinária que forma os planetas, estrelas e galáxias. De acordo com esses efeitos gravitacionais, estima-se que

• somente 5% da massa de todo Universo seja constituída a partir de bárions (matéria ordinária);

• 25% seja formada por matéria escura;

• 70% seja feita de uma forma exótica e pouco compreendida de energia, chamada energia escura.

Como a matéria escura afeta o Universo?

De acordo com a lei da gravitação universal, a força gravitacional que um corpo é capaz de exercer sobre outro é proporcional ao produto de suas massas. Tal força, que é sempre atrativa, aponta em direção ao centro de massa de cada um desses corpos, por esse motivo, a força gravitacional funciona como uma força centrípeta, capaz de fazer com que os planetas, asteroides e outros corpos celestes descrevam órbitas em torno de objetos mais massivos, como estrelas, buracos negros etc.

Tomemos como exemplo as órbitas de todos os corpos celestes que se movem ao redor do centro de nossa galáxia. Sabe-se que, até certa distância em relação a essa posição (cerca de 15 kpc - quiloparsecs), a velocidade orbital dos corpos obedece às leis de Kepler, derivadas a partir da gravitação universal, isto é, essas velocidades decrescem com a raiz quadrada da distância que separa os corpos celestes até o centro de nossa galáxia.

A partir da distância de 15 kpc, os fenômenos começam a ficar estranhos, e a velocidade orbital dos corpos celestes permanece constante por uma grande de distância e, a partir de certo ponto, passa a aumentar como se algo estivesse acelerando a expansão de suas órbitas.|1|

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Do que é feita a matéria escura?

Atualmente não há uma resposta que seja completamente satisfatória a respeito do que é feita a matéria escura, entretanto, os físicos têm alguns candidatos para o posto:

• Estrelas anãs marrons e buracos negros primordiais: são objetos de dimensões planetárias, dotados de massas enormes e de detecção quase impossível. Alguns cosmólogos acreditam que esses corpos celestes possam ser a chave para a explicação da matéria escura.

• Neutrinos inertes: existem teorias que indicam que a matéria escura possa ser formada por um tipo hipotético de partícula – os neutrinos inertes, muito mais massivos que os neutrinos conhecidos. Teoricamente, os neutrinos inertes não interagem com quaisquer das forças presentes no modelo-padrão, mas apenas por meio da gravidade.

Nota

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Por Rafael Helerbrock
Professor de Física