Uma coisa se tornou bastante certa sobre a expansão do universo. Que ela pode ter densidade de energia suficiente para parar sua expansão e entrar em colapso novamente ou pode ter tão pouca densidade de energia que nunca deixaria de se expandir, mas a gravidade certamente diminuiria a expansão com o passar do tempo.

O universo está cheio de matéria e a força atrativa da gravidade junta toda a matéria. Então, pelas observações do telescópio espacial Hubble de supernovas muito distantes mostraram que, há muito tempo, o universo estava realmente se expandindo mais lentamente do que hoje. Portanto, a expansão do universo não diminuiu devido à gravidade, como todos pensaram, mas tem acelerado. Ninguém esperava isso, ninguém sabia como explicar. Mas algo estava causando isso.

Eventualmente, os teóricos apresentaram três tipos de explicações. Talvez seja resultado de uma versão descartada da teoria da gravidade de Einstein, que continha o que chamava de “constante cosmológica”. Talvez houvesse algum tipo estranho de energia que preenchesse o espaço. Talvez haja algo errado com a teoria da gravidade de Einstein e uma nova teoria poderia incluir algum tipo de campo que crie essa aceleração cósmica. Os teóricos ainda não sabem qual é a explicação correta, mas eles deram a solução um nome. É chamada de energia escura.

O que é a energia escura?

Não sabemos muito sobre a energia escura. Sabemos a quantidade de energia escura que existe porque sabemos como isso afeta a expansão do universo. Além disso, é um mistério completo. Mas é um mistério importante. Acontece que aproximadamente 68% do universo é energia escura. A matéria escura é de cerca de 27%. O resto,, como tudo na Terra, tudo o que observamos com todos os nossos instrumentos, toda a matéria normal, acrescenta menos de 5% do universo.

Uma explicação para energia escura é que é uma propriedade do espaço. Albert Einstein foi a primeira pessoa a perceber que o espaço vazio não é feito de “nada’. O espaço tem propriedades surpreendentes, muitas das quais estão começando a ser entendidas. A primeira propriedade que Einstein descobriu é que é possível que exista mais espaço. Então, uma versão da teoria da gravidade de Einstein, a versão que contém uma constante cosmológica, fez uma segunda previsão: o “espaço vazio” pode possuir sua própria energia. Como essa energia é uma propriedade do espaço em si, não será diluída à medida que o espaço se expande. À medida que mais espaço entra em existência, mais dessa energia do espaço apareceria. Como resultado, essa forma de energia faria com que o universo se expandisse cada vez mais rápido. Infelizmente, ninguém entende por que a constante cosmológica deve estar lá, muito menos por que teria exatamente o valor certo para causar a aceleração observada do universo.

Matéria escura

A matéria escura compõe a maior parte do universo, e muitos tentam descobrir uma maneira de colher essa matéria para usar como fonte de energia. (Foto: Space Wallpapers)

Outra explicação sobre como o espaço adquire energia vem da teoria quântica da matéria. Nesta teoria, o “espaço vazio” está realmente cheio de partículas temporárias (“virtuais”) que continuamente se formam e desaparecem. Mas quando os físicos tentaram calcular a quantidade de energia que isso daria no espaço vazio, a resposta saiu errada.

Outra explicação para a energia escura é que é um novo tipo de fluido ou campo de energia dinâmico, algo que enche todo o espaço, mas algo cujo efeito na expansão do universo é o oposto do da matéria e da energia normal. Alguns teóricos chamaram essa como a “quinta essência”, após o quinto elemento dos filósofos gregos. Mas, se a quintessência é a resposta, ainda não sabemos como é, com o que ela interage, ou por que existe.

A última possibilidade é que a teoria da gravidade de Einstein não está correta. Isso não só afetaria a expansão do universo, mas também afetaria a forma como a matéria normal em galáxias e aglomerados de galáxias se comportou. Esse fato proporcionaria uma maneira de decidir se a solução para o problema da energia escura é uma nova teoria da gravidade ou não: podemos observar como as galáxias se juntam em agrupamentos. Mas se for necessária uma nova teoria da gravidade, que tipo de teoria seria? Como poderia descrever corretamente o movimento dos corpos no Sistema Solar? Existem teorias de candidatos, mas nenhuma é convincente.

Ainda é preciso de melhores dados, melhores instrumentos, e muita pesquisa para entendermos melhor a energia escura e claro, a matéria escura.

O que é a matéria escura?

Ao ajustar um modelo teórico da composição do universo ao conjunto combinado de observações cosmológicas, os cientistas apresentaram a composição que descrevemos acima: 68% de energia escura, 27% de matéria escura, 5% de matéria normal. Mas o que essa tal de matéria escura?

Estamos muito mais certos de o que a matéria escura não é do que ela é realente. Primeiro, ela é escura, o que significa que não está na forma de estrelas e planetas que vemos. As observações mostram que há muito pouca matéria visível no universo para compensar os 27% exigidos pelas observações. Em segundo lugar, não está na forma de nuvens escuras de matéria normal, uma matéria composta de partículas chamadas bárions. Conhecemos isso porque poderíamos detectar nuvens bariônicas pela absorção de radiação que passam por elas. Em terceiro lugar, a matéria escura não é antimatéria, porque não vemos os raios gama únicos que são produzidos quando a antimatéria aniquila a matéria. Finalmente, podemos descartar grandes buracos negros de tamanhos de galáxias com base em quantas lentes gravitacionais vemos. As altas concentrações de matéria dobram a luz passando perto delas de objetos mais distantes, mas não vemos eventos suficientes para sugerir que esses objetos compõem a contribuição de matéria escura de 25%.

No entanto, neste ponto, ainda existem algumas possibilidades de matéria obscura que são viáveis. A matéria bariônica ainda poderia compensar a matéria escura se tudo fosse amarrado em anãs marrons ou em pequenos e densos pedaços de elementos pesados. Mas a visão mais comum é que a matéria escura não é bariônica, mas que é composta de outras partículas mais exóticas, como áxions ou partículas subatômicas massivas mas de interação fraca

O que mais vocês conhecem sobre a matéria escura? E sobre a energia escura?

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