Matéria negra e energia negra – conceito artístico da fase inicial da formação das estrelas
A existência de matéria escura tem sido a teoria predominante para explicar as anomalias observadas no Universo. Depois de estudos recentes terem colocado em causa a sua necessidade, um novo estudo fornece agora um apoio convincente à sua existência.
Ao contrário da matéria comum, a matéria escura não emite, absorve ou reflete luz, tornando-se invisível e detetável apenas através dos seus efeitos gravitacionais.
Atualmente, o consenso entre os físicos inclina-se fortemente para a existência de matéria negra para explicar fenómenos como o comportamento das estrelas e das galáxias.
Porém, estudos recentes tinham colocado em causa se a existência dessa elusiva forma de matéria é mesmo essencial para compreender o Universo.
Recentemente, Jonathan Oppenheim, professor da University College London (UCL), e Andrea Russo, estudante de doutoramento da mesma universidade, apresentaram uma nova teoria, que lançou um aceso debate entre os físicos teóricos.
No seu artigo, pré-publicado em fevereiro no arXiv, os dois investigadores sustentam que a sua teoria pode explicar a expansão do universo e a curva de rotação das galáxias sem necessidade de invocar matéria escura ou energia escura.
E, no entanto, ela existe.
Simulações computacionais recentes conduzidas por uma equipa de astrónomos da Universidade da Califórnia, em Irvine (UCI) fornecem agora apoio convincente a esta misteriosa componente do nosso Universo.
A principal questão abordada pela investigação é saber se o Universo pode ser totalmente explicado pela matéria que podemos ver e medir diretamente ou se o conceito de matéria escura é necessário para explicar observações que, de outra forma, ficam por explicar.
Francisco Mercado, autor principal do novo estudo, publicado na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, é investigador do Departamento de Física e Astronomia da UCI e bolseiro de pós-doutoramento no Pomona College.
“O nosso artigo mostra como podemos usar relações reais e observadas como base para testar dois modelos diferentes para descrever o universo. Apresentámos um teste poderoso para discriminar entre os dois modelos“, diz Mercado, citado pelo earth.com.
A abordagem da equipa envolveu a realização de simulações que incorporaram tanto a matéria normal como a matéria negra. Estas simulações tinham como objetivo recriar as características observadas em galáxias reais, que são difíceis de explicar sem a presença de matéria escura.
Os resultados revelam que estas características correspondem às esperadas num universo de matéria escura.
“Mostramos que tais características aparecem em observações de muitas galáxias reais. Se tomarmos estes dados pelo seu valor nominal, isto reafirma a posição do modelo da matéria escura como o que melhor descreve o Universo em que vivemos”, explicou Mercado.
O estudo também explorou a relação entre a matéria visível e a presença inferida de matéria escura nas galáxias.
James Bullock, diretor da Escola de Ciências Físicas da UCI, forneceu mais informações. “As galáxias observadas parecem obedecer a uma relação estreita entre a matéria que vemos e a matéria escura inferida que detetamos, de tal modo que alguns sugeriram que aquilo a que chamamos matéria escura é, na realidade, uma prova de que a nossa teoria da gravidade está errada”.
“O que mostramos é que não só a matéria escura prevê a relação, como, para muitas galáxias, pode explicar o que vemos de forma mais natural do que a gravidade modificada. Estou ainda mais convencido de que a matéria escura é o modelo correto”.
Curiosamente, as observações que confirmaram estas características foram inicialmente efetuados pelos defensores de um universo sem matéria escura.
“As observações que examinámos — as mesmas observações onde encontrámos estas características — foram conduzidas por adeptos de teorias sem matéria escura. Apesar da sua presença óbvia, pouca ou nenhuma análise foi efetuada sobre estas características por essa comunidade”.
“Foi preciso gente como nós — cientistas — que trabalha tanto com matéria normal como com matéria negra, para iniciar a conversa”, observou o Jorge Moreno, professor do Pomona College.
“À medida que as estrelas nascem e morrem, explodem em supernovas, que podem moldar os centros das galáxias, explicando naturalmente a existência destas características”, disse Moreno.
“Simplificando, as características que examinámos nas observações requerem tanto a existência de matéria negra como a incorporação da física da matéria normal”, acrescenta.
Com o modelo da matéria escura a ganhar força como a descrição mais exata do Universo, os investigadores não estão a descansar sobre os louros.
“Seria interessante ver se podíamos usar esta mesma relação para distinguir entre diferentes modelos de matéria negra. Compreender como esta relação se altera em modelos distintos de matéria negra pode ajudar-nos a restringir as propriedades da própria matéria negra“, diz Mercado.
À medida que a investigação prossegue, espera-se que novas simulações e observações não só validem a presença da matéria escura, mas também ajudem a aperfeiçoar a nossa compreensão das suas propriedades, conduzindo potencialmente a descobertas inovadoras da nossa compreensão do cosmos.
