Um grande pedaço do universo está faltando.
Não está em lugar nenhum, pelo menos não com nada que a humanidade seja tecnologicamente capaz de capturar neste momento. Mas os astrónomos sabem que há algo ali – a influência gravitacional de um materials invisível que constitui cerca de 85% da massa do Universo. A partir de agora, a melhor explicação que os cientistas têm para isto é a matéria escura, uma forma hipotética de matéria que não absorve, emite ou reflete luz.
Contabilizando a matéria escura resolve muitos fenômenos cosmológicos inexplicáveise esta conveniência significa que a maioria dos astrônomos aceita prontamente que existe matéria escura. De acordo, muitas instituições de alto nível em todo o mundo dedicam recursos a experiências cuidadosamente concebidas e tecnologicamente extraordinárias para a detecção de matéria escura.
Dito isto, ainda não encontramos provas irrefutáveis da existência de matéria escura. Agora, vale a pena enfatizar novamente que, como você verá, a evidência indireta e teórica prevalece em grande parte a favor da matéria escura. Mas na física, há sempre a pequena possibilidade de estarmos completamente errados, e a natureza tinha outros planos para o funcionamento da realidade.
Então, neste Giz Pergunta, pedimos aos especialistas que pelo menos considerassem a questão – e se a matéria escura não existir realmente? O que nos dá tanta certeza de que a matéria escura é a resposta certa? E mesmo que seja, e se for fisicamente impossível para a humanidade encontrar matéria escura? Considerando tudo isso, quais são as alternativas – por mais “marginais” que sejam – para explicar a falta de massa do universo?
As respostas a seguir podem ter sido editadas e condensadas para maior clareza.
Vedante Chandra
Astrofísico, Centro de Astrofísica | Harvard e Smithsonian.
Refutar a existência de matéria escura é uma tarefa difícil. Uma das razões é precisamente porque se sabe tão pouco sobre o assunto – modelos plausíveis abrangem dezenas de ordens de grandeza em massa. Embora vários experimentos tenham feito progressos descartando porções deste espaço de parâmetros, o espaço de candidatos não testados é vasto. Do ponto de vista da astrofísica, alguma substância que se comporta como matéria escura continua a ser a explicação mais simples para todas as nossas observações até à knowledge.
Se a matéria escura realmente não existe, será necessária alguma alteração substancialmente mais complicada na física para explicar simultaneamente todas as nossas observações. Olhando para o futuro, os principais modelos de matéria escura prevêem o seu agrupamento em escalas subgalácticas, enchendo as galáxias com uma subestrutura de matéria escura que é totalmente invisível. Estas estruturas podem ser detectadas gravitacionalmente através de lentes ou pela sua influência em finos fluxos estelares que orbitam a Through Láctea. As detecções futuras desta subestrutura escura seriam mais uma confirmação de que a matéria escura opera independentemente de qualquer matéria visível.
Sabine Hossenfelder
Físico e comunicador científico, Ciência com Sabine.
Se a matéria escura não existir, as observações que levaram os astrofísicos a concluir que ela existe não desaparecerão. Portanto, precisaríamos de algo mais para explicar as observações. A explicação alternativa atualmente mais plausível seria que entendemos mal a lei da gravidade. Pessoalmente, acharia isto mais interessante, porque poderia ser uma ligação à gravidade quântica e possivelmente também explicar a energia escura.
Dito isto, a “matéria escura” é definida de forma tão vaga que é impossível falsificá-la. Na melhor das hipóteses, podemos “implausificá-lo” apresentando uma explicação melhor. No momento, porém, gravidade modificada é tão bom ou ruim quanto a matéria escura; cada um tem suas vantagens e deficiências. Pessoalmente, considero ambas as explicações insatisfatórias. Eu realmente gostaria de ver esse problema atacado pela IA.
Stacy McGaugh
Cosmólogo, Universidade Case Western Reserve; autor do weblog Estação Tritão.
As observações astronómicas estabeleceram, sem sombra de dúvida razoável, que existe uma discrepância entre o que vemos e o que obtemos em sistemas extragalácticos – galáxias, aglomerados de galáxias e o universo como um todo. Quando aplicamos a lei da gravidade que nos foi ensinada por Newton e Einstein à matéria que podemos ver nestes sistemas, ficamos aquém: os movimentos observados implicam mais massa do que aparenta: matéria escura.
A existência inferida da matéria escura baseia-se na suposição de que Newton e Einstein nos ensinaram tudo o que precisamos saber sobre a gravidade. Parece uma boa suposição, mas é apenas isso: uma suposição. Se a matéria escura não existir realmente, isso implica que há algo mais para aprender sobre a gravidade. As discrepâncias observadas podem ser causadas por uma mudança na lei da força, e não pela massa invisível.
Uma hipótese de mudança na lei da força é uma teoria conhecida como MOND [Modified Newtonian Dynamics]. A MOND fez um número notável de previsões que foram posteriormente corroboradas pela observação. Isto não deveria acontecer num universo feito de matéria escura, deixando-nos a pensar: a massa invisível está na sala connosco agora?
Juan I. Colar
Astrofísico, Instituto Kavli de Física Cosmológica da Universidade de Chicago.
Brand depois que Maxwell identificou a luz como uma onda eletromagnética viajante, os experimentalistas começaram a medir a presença do meio através do qual ela se propaga, o éter luminífero, ou, abreviadamente, éter. A tendência para a sua existência period enorme, mesmo que as equações de Maxwell forneçam uma receita para a autopropagação de campos eléctricos e magnéticos que em nenhum momento depende de um éter. Nenhuma evidência foi encontrada até que a teoria da relatividade finalmente proporcionou paz de espírito, quase duas décadas depois. Em retrospectiva, não havia outra explicação senão o preconceito humano puro e não destilado, com uma pitada de falta de imaginação, para a nossa obsessão pelo éter.
As pesquisas por partículas de matéria escura duraram pelo menos duas vezes mais que a mania do éter, com uma série de resultados negativos para mostrar pelos nossos esforços. Os efeitos gravitacionais do que chamamos de “matéria escura” são indiscutíveis. Concluir que uma nova partícula basic está por trás delas, ou que a referida partícula interage através de qualquer outro mecanismo que não a gravitação, pode muito bem ser uma reconstituição dos passos obsessivo-compulsivos da realização dos experimentalistas pós-Maxwell.
A menos que um novo Einstein nos liberte da nossa miséria, uma solução (compassiva neste ponto) pode vir da astrofísica observacional. Nenhuma ou nenhuma informação sobre a natureza das partículas de matéria escura (restrições de massa, tipo e acoplamento) foi fornecida nesse campo para a comunidade experimental que as procura. Uma ênfase no fornecimento desta orientação poderia reorientar a atual desordem, quer queira quer não, de buscas por uma infinidade de possibilidades de partículas em esforços com maiores probabilities de sucesso.
Kyu Hyun Chae
Físico, Universidade SejongCoreia do Sul.
O conceito de “matéria escura” tem alguma semelhança com os conceitos históricos de “epiciclos” ou “éter” na medida em que são consequências lógicas de paradigmas/e teorias bem estabelecidos. Eventualmente, os epiciclos e o éter foram refutados e levaram a imensas revoluções científicas. A matéria escura é uma consequência lógica da gravidade padrão devida a Newton e Einstein. O paradigma da matéria escura tem sido a visão padrão há quase um século, desde que Fritz Zwicky e outros astrônomos notaram anomalias gravitacionais em sistemas astronômicos, como aglomerados de galáxias e galáxias na década de 1930 e depois. Os aparentes sucessos da matéria escura na explicação dos dados astronômicos podem ter algumas semelhanças com os aparentes sucessos do modelo geocêntrico ptolomaico baseado em epiciclo na explicação dos movimentos planetários observados no céu.
Como os epiciclos eventualmente não sobreviveram por causa de evidências fumegantes, como a observação das fases de Vênus por Galileu, é provável que evidências astronômicas fumegantes acabem por dizer se a matéria escura é outro epiciclo/éter ou uma verdadeira entidade física. Essas evidências definitivas podem vir de observações que mostram discrepâncias diretas com a gravidade padrão. Artigos científicos apresentando esta evidência já estão sendo publicados nos últimos anos. Em specific, observações detalhadas da dinâmica interna de grandes estrelas binárias e das curvas de rotação galáctica fornecerão evidências decisivas nos próximos anos. Penso que uma nova revolução científica está (provavelmente estará) em curso e será aplaudida por muitos cientistas. Talvez seja irónico que a história proceed a mostrar que as revoluções científicas ocorrem à custa de teorias físicas aparentemente perfeitas. Este é um momento emocionante na gravidade e na cosmologia!
Dom Lincoln
Cientista sênior, Fermilab; comunicador científico.
O debate sobre se a matéria escura ou a física modificada é a resposta para mistérios cósmicos como galáxias em rápida rotação é interessante e animado, tornando-se um tópico fascinante para os físicos. Durante anos, inclinei-me na direção da “física modificada”; no entanto, duas observações colocaram-me firmemente no campo da matéria escura. O Bullet Cluster favorece firmemente a conjectura da matéria escura, assim como a observação de galáxias ultradifusas no grupo NGC-1052. Estas galáxias, chamadas DF2 e DF4, parecem ser governadas pelas leis da física atualmente aceitas. Num momento de ironia cósmica, a existência de galáxias que parecem não conter matéria escura é uma forte evidência da existência de matéria escura. Se a física modificada fosse a resposta à questão, não haveria galáxias que girassem como prevêem as leis de Newton.
Supondo que a matéria escura particulada seja actual, a questão é “qual é a sua natureza?” A resposta é evasiva. Candidatos sensatos à matéria escura foram hipotetizados com massas variando de 10 a 11 vezes a massa de um elétron até a massa de um asteróide de tamanho médio. Experimentos descartaram courses de possíveis candidatos à matéria escura com propriedades específicas na faixa de 1 a 1.000 vezes a massa de um próton, embora muitos possíveis candidatos permaneçam viáveis. A possibilidade de detectarmos diretamente partículas de matéria escura depende crucialmente de como elas interagem. Se descobrirmos que eles interagem apenas gravitacionalmente, talvez nunca os detectemos. Se algum dia quisermos saber a resposta, o único caminho a seguir será continuar a procurar a matéria escura de tantas maneiras criativas quanto possível. Esperançosamente, um grupo sortudo de pesquisadores fará a observação que responde a esta questão tão fascinante.
Indranil Banik
Astrofísico, Universidade de Portsmouth.
Naturalmente, nem todos os astrónomos estão satisfeitos com a matéria escura. Para nos contentarmos apenas com a massa visível, temos que relacionar a sua matéria visível com a gravidade observada, inferida a partir da rapidez com que as galáxias giram. Acreditei na MOND por um período de dez anos, durante os quais trabalhei testando a MOND de diversas maneiras. Ao conduzir uma análise detalhada das observações de Gaia de milhares de binários largos na vizinhança Photo voltaic, consegui refutar conclusivamente a previsão MOND.
Tudo isso antes mesmo de considerar as evidências da cosmologia que também sugerem que você precisa de matéria escura. Publiquei recentemente um papel na formação de galáxias sem matéria escura, que na imagem padrão é necessária para atuar como uma semente para a formação da galáxia. Quer consideremos os planetas exteriores do Sistema Photo voltaic, como Saturno, as grandes estrelas binárias na vizinhança do Sol, ou o facto de as galáxias se formarem muito rapidamente após o Large Bang, as observações são muito melhor explicadas usando a gravidade padrão combinada com a matéria escura. Não cheguei a esta conclusão permanecendo na minha zona de conforto, uma vez que acreditei na MOND durante uma década e publiquei muitos artigos e uma longa revisão de 150 páginas nessa altura defendendo-a. No entanto, acredito agora que se há algo errado com a nossa teoria da gravidade, a imprecisão é muito pequena até chegarmos a distâncias de pelo menos 100 milhões de anos-luz. Em escalas ainda maiores, há razões para pensar que as nossas teorias não funcionam bem. No entanto, as modificações na gravidade nestas escalas não podem substituir a necessidade de matéria escura.
Portanto, a minha resposta à questão aqui colocada é que, se a matéria escura não existe realmente, então muito pouco sentido pode ser dado ao Universo, mesmo que estejamos preparados para modificar a gravidade, uma vez que há muito pouca flexibilidade na forma como se poderia esperar fazer isso num Universo com apenas matéria visível. Resumindo, acredito que a matéria escura existe e é o principal componente das galáxias e de estruturas maiores como os aglomerados de galáxias.
