Publicidade
variedades

, ,

Matéria escura ou modificação das leis da Física?

Saiba o que os cientistas observam em relação a nossa Via Lactea
postado por jornalismo em   14/03/2017

Por Renato Costa

Acontece_4

Acima, o menino gira com velocidade menor com a ajuda do tio pois está com as pernas esticadas. Ao encolher as pernas a velocidade aumenta drásticamente. Veja também o vídeo clicando aqui. Ilustração: Davi Costa

Nesse começo de ano, no calor do verão, eu sugiro a você leitor(a) a fazer um experimento simples quando estiver se refrescando em alguma piscina, cachoeira ou praia. Peça para alguém lhe dar suporte, com as mãos nas suas costas, enquanto você bóia. Mantenha seu corpo paralelo à superfície da água com as pernas esticadas e peça para a pessoa que lhe segura comece a lhe rodar, assim como mostra a figura 1. Após meia volta, dobre suas pernas e veja o que acontece.

Esse exemplo servirá como analogia para tentarmos explicar outra evidência para um dos mais intrigantes mistérios da cosmologia e astrofísica atual, a matéria escura. Lembrando que já comentamos sobre outra evidência para a existência da matéria escura em um texto anterior.

Vamos supor agora, para ilustrar nossa analogia, que eu pegue uma bola de isopor e faça um furo, grande o suficiente para encaixá-la no dedão do seu pé. Feito isso, seu companheiro(a) que está lhe dando suporte começa a lhe girar. Enquanto ele(a) te gira, você observa a bola de isopor no dedão do seu pé a girar lentamente, tranquilamente e, como pessoa esperta que és, você imagina que essa bola de isopor executa um movimento parecido com um planeta ao redor do Sol. Quando você dobrar suas pernas, verás que o pequeno planeta de isopor girará incrivelmente mais rápido. Essa analogia retrata bem o que acontece com os planetas no nosso sistema solar. Para quem não sabe, existem oito planetas no sistema solar e todos giram em torno do Sol. Mercúrio que está mais próximo do Sol gira mais rápido que todos os outros planetas que estão mais distantes, sendo Urano o mais distante e mais lento. Você pode pensar Urano como sendo a bola de isopor no seu dedão quando suas pernas estão esticadas e Mercúrio como sendo a bola de isopor quando dobrar completamente suas pernas. Essa analogia é boa para entender intuitivamente porque os planetas giram em velocidades diferentes em torno do Sol, mas o que isso tem a ver com matéria escura?

Vamos voltar para nossa analogia com uma pequena modificação. Como dito acima, você está lá, se refrescando em uma das belas cachoeiras de São Bento do Sapucaí com seus amigos ou familiares. Você se lembra que leu este texto e por alguma razão estranha você tem uma bola de isopor com um buraco que se encaixa perfeitamente no dedão do seu pé. Seguindo a intuição, você pega a bola de isopor e encaixa em um dos dedões de seu pé. Olha para seus familiares e pede para alguém de porte médio para lhe girar enquanto você bóia, agora sem encolher as pernas. Ao perceber que você não gira tão rápido e acha o experimento meio chato, você olha para seus amigos ou familiares e chama aquele tio fortão que está segurando uma lata de cerveja – que ele provavelmente iria esquecer na cachoeira, mas você está de olho e vai lembrá-lo de que devemos manter nossos lindos patrimônios naturais limpos. Deixando este devaneio de lado, você pede para que seu tio lhe gire. Você se diverte mais agora pois vê o mini-planeta-bola-de-isopor, lá no final de suas pernas esticadas, girar mais rápido.

Em todas as analogias acima vemos que a bola de isopor gira devido à presença da pessoa que lhe dá suporte. Também vimos que se mudarmos a pessoa e colocarmos uma pessoa mais pesada e forte, a bola de isopor girará mais rápido mesmo mantendo as pernas esticadas. Estamos em um ponto bom para começarmos a falar de mais uma evidência para matéria escura.

A evidência para matéria escura que quero tratar neste texto vem de observações feitas na galáxia que habitamos, chamada Via Láctea. Nossa galáxia é basicamente formada por estrelas, planetas e um buraco negro super-massivo. Esse buraco negro é tão massivo que faz com que um conjunto de bilhões de estrelas, do qual o Sol faz parte, o orbitem. É possível estimar a massa deste buraco negro analisando o movimento das estrelas mais próximas dele (tratarei deste tema em outro texto). Também podemos estimar a massa de uma dada estrela como eu expliquei em um texto anterior . Sabendo a massa das estrelas e a massa do buraco negro, sabemos, a princípio, a massa da nossa galáxia (a massa dos planetas é desprezível comparada à massa das estrelas e do buraco negro. Veja uma comparação interessante clicando aqui). Sabendo a massa, podemos calcular a velocidade das estrelas que giram em torno do buraco negro usando as melhores teorias físicas que temos atualmente. Uma vez calculadas as velocidade, temos que comparar com a observação. Você não precisa fazer o cálculo para saber qual é o efeito esperado. Basta lembrar da analogia acima. Quanto mais longe do buraco negro, mais devagar as estrelas girariam.

No entanto uma surpresa ocorreu quando os cientistas começaram a observar o movimento das estrelas que estão mais afastadas do centro da nossa galáxia. Ao contrário do que esperaríamos, a velocidade das estrelas mais afastadas do centro da galáxia não diminuem como os cálculos sugerem. Existe portanto um conflito entre teoria e observação. Existem duas abordagens para tentar tratar este conflito:

1) O modelo teórico, construído ao longo de séculos pela humanidade e válido com grande precisão em todos os experimentos feitos na superfície terrestre e até no nosso sistema solar, começa a falhar quando nos afastamos da Terra e precisa ser modificado. Neste caso não haveria matéria escura em nossa galáxia.

2) O modelo teórico continua válido mesmo quando nos afastamos da Terra o que implica na existência de uma quantidade significativa de matéria invisível, ou seja, que não interage com a luz, denomidada matéria escura, no interior da nossa galáxia. Mais matéria no interior da galáxia faria com que as estrelas distantes não girassem tão devagar, análogo ao efeito que tivemos no experimento proposto neste texto quando trocamos a pessoa que te girava na água pelo tio da cerveja, mais massivo e forte.

Na minha opinião esta é a evidência mais fraca para a matéria escura – pois a primeira versão acima é tão boa quanto a segunda – mas foi, historicamente, a primeira observada pelos cientistas. Existem outras evidências muito mais fortes que sugerem que o item 2) acima parece estar mais próximo da verdade.

Então, afinal, qual é a resposta para a pergunta título deste artigo? Espero que você já tenha percebido que não há, no momento, uma resposta final. Os cientistas que defendem a primeira possibilidade geralmente usam o fato de não termos observado nenhum tipo de matéria escura nos laboratórios mais avançados que temos na Terra, como por exemplo, o grande colisor de hádrons conhecido como LHC. Já os defensores da matéria escura usam outras evidências, como o desvio da luz causado por lentes gravitacionais, que tratei em um texto anterior, entre outras, como justificativa para a existência da matéria escura.

Somente observações futuras poderão nos dizer quais das duas possibilidades é a correta. Ficarei de olho e voltarei, com grande alegria, para lhes contar em um outro texto caso os cientistas consigam ter uma resposta final.

No próximo texto falarei sobre buracos negros. Até a próxima!

 

Renato Costa é sambentista e doutor em Cosmologia pelo Instituto de Física Teórica da UNESP. Atualmente é pesquisador na Universidade de Cape Town na África do Sul.

Ilustrações feitas pelo designer sambentista Davi Costa.


Deixe sua opinião

Os comentarios desta página não representam a opinião do Portal Acontece São Bento.

Publicidade