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Matéria escura

A matéria escura é uma forma de matéria invisível, mas suas evidências gravitacionais são claras. Ela compõe 27% do Universo e exerce influência sobre estruturas cósmicas.
Texto sobre que é matéria escura sobre fundo estrelado.
A matéria escura influencia a dinâmica cósmica e os movimentos das galáxias.

A matéria escura é um dos maiores enigmas da ciência moderna. Embora não possa ser vista nem detectada diretamente, sua presença é evidente através de sua influência gravitacional sobre as estruturas do Universo. Esse conceito foi proposto para explicar discrepâncias em como galáxias e sistemas astrofísicos se comportam, sugerindo que existe algo além da matéria visível moldando o cosmos.

Neste texto, exploraremos as características da matéria escura, os possíveis componentes que a formam e como ela afeta o Universo em escalas cósmicas. Também abordaremos as evidências que sustentam sua existência, os métodos pelos quais ela é estudada e algumas curiosidades fascinantes sobre essa substância misteriosa que compõe cerca de 27% do Universo.

Leia também: O que sabemos sobre os buracos negros?

Resumo sobre matéria escura

  • A matéria escura é uma forma de matéria invisível que exerce forte influência gravitacional no Universo. Ela foi proposta para explicar discrepâncias no comportamento de galáxias e sistemas astrofísicos.
  • Apesar de sua importância, a composição da matéria escura permanece um mistério. Possíveis explicações incluem partículas exóticas ou a necessidade de revisar teorias gravitacionais.
  • A existência da matéria escura é apoiada por fenômenos como curvas de rotação galáctica, lentes gravitacionais e estudos do Bullet Cluster, que mostram massas gravitacionais superiores à matéria visível.
  • Embora invisível à luz, a matéria escura é detectada indiretamente por seus efeitos gravitacionais, como a influência na velocidade orbital das estrelas em galáxias.
  • A matéria escura compõe cerca de 27% do Universo, enquanto a matéria visível representa apenas 5%.

O que é matéria escura?

A matéria escura é um dos grandes mistérios do Universo. Ela é uma forma de matéria que, embora não possa ser vista diretamente, exerce uma influência gravitacional significativa sobre os objetos celestes. Sua existência foi proposta para explicar discrepâncias observadas em como as galáxias e outros sistemas astrofísicos se comportam em relação à gravidade.

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Do que é feita a matéria escura?

Até hoje, ninguém sabe exatamente do que a matéria escura é feita. Alguns cientistas acreditam que ela pode ser composta por partículas exóticas que ainda não foram descobertas, enquanto outros consideram que talvez precisemos rever nossas teorias da gravidade para explicar esses fenômenos. No entanto, estudos contínuos, como experimentos em laboratórios subterrâneos e observações astronômicas, têm nos ajudado a aprender mais sobre essa substância misteriosa que mantém o Universo “unido” de maneiras que ainda estamos começando a compreender.

Veja também: Do que as estrelas são feitas?

Como a matéria escura afeta o Universo?

A matéria escura desempenha um papel crucial na formação, estrutura e evolução do Universo. Embora não interaja diretamente com a luz ou outras formas de radiação, sua influência gravitacional molda o comportamento de galáxias, aglomerados e até mesmo do cosmos como um todo. Sem a matéria escura, as estruturas que vemos hoje, como galáxias e aglomerados de galáxias, provavelmente não teriam se formado no tempo disponível desde o Big Bang.

Sua gravidade adicional atuou como um "andaime invisível" para atrair e concentrar matéria comum, permitindo o colapso gravitacional que deu origem a essas estruturas. Além disso, a matéria escura influencia a dinâmica interna das galáxias. Sua gravidade mantém as estrelas orbitando em velocidades mais altas nas regiões externas das galáxias, impedindo que elas se desfaçam.

No nível cosmológico, a matéria escura afeta a expansão do Universo e contribui para o padrão observado na radiação cósmica de fundo, determinando como a matéria e a energia se distribuíram no Universo primitivo. Apesar de sua natureza ainda ser um mistério, a matéria escura é essencial para compreender a arquitetura e o funcionamento do cosmos.

Galáxia envolta em matéria escura.
A matéria escura mantém as galáxias estáveis.

A matéria escura atua como uma “cola invisível” que mantém a estrutura das galáxias estável, influenciando sua rotação e impedindo que se desfaçam devido à gravidade insuficiente da matéria visível.

Evidências sobre a matéria escura

A matéria escura é sustentada por várias evidências observacionais que indicam sua presença no Universo, mesmo sem podermos vê-la diretamente. Uma das mais convincentes vem das curvas de rotação das galáxias: as estrelas nas regiões externas das galáxias orbitam a velocidades muito altas para serem explicadas apenas pela gravidade da matéria visível.

Além disso, o fenômeno de lentes gravitacionais, no qual a luz de objetos distantes é desviada pela gravidade de grandes aglomerados de galáxias, revela que a massa responsável pelo desvio é muito maior do que a matéria visível pode justificar.

Esquema ilustrativo da matéria escura percebida por lentes gravitacionais.
Lentes gravitacionais revelam a matéria escura ao desviar a luz de galáxias distantes, mapeando o invisível no cosmo.

Outras evidências incluem o comportamento dinâmico dos aglomerados de galáxias, como o famoso Bullet Cluster, onde a distribuição da matéria visível não corresponde à distribuição gravitacional inferida. A análise da radiação cósmica de fundo, uma "impressão digital" do Universo primordial, também sugere que a matéria escura desempenhou um papel crucial na formação das estruturas cósmicas.

Essas observações, aliadas a simulações de formação de galáxias, reforçam que a maior parte da massa do Universo é composta por uma substância invisível, cuja natureza exata ainda é desconhecida.

Esquema ilustrativo da gravidade da matéria escura.
A gravidade invisível da matéria escura guia a formação de galáxias e mantém estruturas cósmicas coesas.

Como a matéria escura é detectada?

Quando os astrônomos estudam galáxias, eles calculam quanta matéria deveria estar presente com base na luz que podem observar – como a luz das estrelas, nuvens de gás e outras fontes visíveis. No entanto, quando medem a velocidade com que as estrelas orbitam no interior dessas galáxias, percebem que a gravidade associada à matéria visível não é suficiente para manter essas estrelas em suas órbitas. Algo mais está fornecendo a gravidade extra necessária, e é aí que entra a matéria escura.

O que torna a matéria escura ainda mais intrigante é que ela não interage com a luz, o que significa que não podemos vê-la diretamente nem a detectar com telescópios comuns. Sabemos que ela está lá apenas por seus efeitos gravitacionais.

Saiba mais: 5 fatos curiosos sobre o Universo que você precisa conhecer

Curiosidades sobre a matéria escura

  • Os cientistas estimam que cerca de 27% do conteúdo total do Universo seja composto de matéria escura, enquanto a matéria comum, que forma tudo o que conhecemos – planetas, estrelas, árvores e pessoas –, representa apenas cerca de 5%. O restante é composto por algo ainda mais enigmático: a energia escura.
Gráfico da matéria escura, energia escura e matéria comum na composição do Universo.
O Universo é formado principalmente por componentes invisíveis, como a energia escura e a matéria escura.
  • Especula-se que a matéria escura pode ser composta de partículas exóticas, como WIMPs (Partículas Massivas que Interagem Fracamente), ou ser algo completamente fora do que conhecemos na física atual.
  • Embora invisível, a presença da matéria escura é detectada em escalas gigantescas, mas também pode estar ao nosso redor, passando por nós sem que percebamos.

Fontes

CARRON, Wilson; GUIMARÃES, Osvaldo. As faces da física (vol. único). 1. ed. Moderna, 1997.

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: Óptica e Física Moderna (vol. 4). 9 ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2012.

NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: Óptica, Relatividade e Física Quântica (vol. 4). 2 ed. São Paulo: Editora Blucher, 2014.

Publicado por Robson Alves Dantas
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