Matéria escura

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Na cosmologia, matéria escura (ou matéria negra) é uma forma postulada de matéria que não interage com a matéria comum, nem consigo mesma [1] (ou interage muito pouco com ela mesma[2]). Ela só interage gravitacionalmente e, por isso, sua presença pode ser inferida a partir de efeitos gravitacionais sobre a matéria visível, como estrelas, galáxias e aglomerado de galáxias.

No modelo cosmológico mais aceito, o ΛCDM, que tem obtido grande sucesso na descrição da formação da estrutura em grande escala do universo, a componente de matéria escura é fria, isto é, não-relativística. Nesse contexto, a matéria escura compõe cerca de 26,8% da densidade de energia do universo. O restante seria constituído de energia escura, 68,3% e a matéria bariônica, 4,9%[3][4] Deste modo, a matéria escura é estimada constituir 84,5% da matéria total do universo, enquanto a energia escura mais a matéria escura constituem 95,1% do conteúdo total de massa-energia do universo.[5][6] Alguns pesquisadores propõem que as partículas de matéria escura tem uma massa de 0,02 por cento de um elétron[7].

Evidências observacionais[editar | editar código-fonte]

As observações de sistemas astrofísicos que indicam a existência de matéria escura são diversas e muitas vezes baseadas em técnicas experimentais diferentes. São exemplos clássicos dessas observações: as curvas de rotação de galáxias, a aplicação do teorema do virial a aglomerados de galáxias e a análise das anisotropias da radiação cósmica de fundo em micro-ondas.

Candidatos à matéria escura[editar | editar código-fonte]

A matéria normal, luminosa, é composta de bárions - partículas como prótons e nêutrons. No princípio, os pesquisadores acreditavam que a matéria escura também era feita de tal material, mas simplesmente emitia pouca ou nenhuma radiação electromagnética. Observações da radiação cósmica de fundo juntamente com a compreensão da teoria do big bang, os físicos foram levados a acreditar que apenas uma pequena quantidade de matéria bariônica continuaria a sobreviver até hoje se não estivesse incorporada a um sistema solar ou a um resquício estelar. Pesquisadores acreditam que o problema da a matéria desaparecida do Universo seria uma partícula mais exótica. Esta matéria é susceptível de fornecer a resposta para a falta massa. Os físicos identificaram os três tipos mais prováveis de matéria escura e as partículas candidatas associados com cada tipo.

Matéria Escura Fria (em inglês "CDM")[editar | editar código-fonte]

A candidata mais provável para a matéria escura é da Matéria Escura Fria[8]. No entanto, não há uma forte candidata de partícula conhecida. A principal candidata a "CDM" é conhecida como uma partícula massiva de interação fraca. No entanto, há uma ausência geral de justificação para a existência de tais partículas; ou seja, os pesquisadores não estão certos de como elas iriam aparecer sob circunstância natural. As mais populares à matéria escura não-bariônica são: os áxions, os neutrinos estéreis e os neutralinos (WIMPs), partículas teóricas massivas, que interagem fracamente, necessárias para explicar certo fenômeno na cromodinâmica Quântica[9].

É também possível que uma pequena parte da matéria escura seja bariônica, existente em forma objetos massivos compactos, MACHOs, que por emitirem pouca radiação são difíceis de serem detectados. MACHO poderia explicar a massa, mas as dinâmicas específicas continuam a ser um objetivo. Esses objetos incluiriam buracos negros, estrelas de nêutrons antigas e objetos planetários que são todos não-luminosos (ou quase isso) e contêm uma quantidade significativa de massa[10]. O problema com esta explicação é que deveria existir muito MACHOs (mais do que seria esperado tendo em conta a idade de certas galáxias) e a sua distribuição teria de ser surpreendentemente e incrivelmente uniforme.

Matéria Escura Morna (em inglês "WDM")[editar | editar código-fonte]

Esta forma de matéria escura é proposta por cientistas, ser composta por neutrinos estéreis[11][12]Estas são partículas que são semelhantes aos neutrinos normais, com excepção do fato de que elas são muito mais massivas e não interagem com a força fraca[13]. Outra candidata a matéria escura morna é o gravitino[14]. Esta é uma partícula teórica que existiria se a teoria da supergravidade - uma mistura de relatividade geral e supersimetria - ganhasse força[15].

Matéria Escura Quente (em inglês "HDM")[editar | editar código-fonte]

O subconjunto de partículas consideradas Matéria Escura Quente são as únicas que a existência são realmente conhecida: Neutrinos[16]. O problema com essa explicação é que os neutrinos viajam quase à velocidade da luz e, portanto, não iriam se "aglomerar" em um conjunto da maneira que projetamos a matéria escura[17] Além disso, dado que o neutrino é quase sem massa, uma incrível quantidade deles seria necessário para suprir o déficit necessário de matéria[18]. Uma explicação para Matéria Escura Quente é que existe um tipo ou sabor de neutrino ainda não detectado que seria semelhante aos já conhecidos exceto teriam uma massa significativamente maior (e, consequentemente, talvez velocidade mais lentos)[19].

Detecção de matéria escura[editar | editar código-fonte]

Atualmente existe um grande debate sobre a detecção de matéria escura. O experimento Dama/Libra [20] diz ter feito uma detecção indireta, via observação da variação sazonal do número de eventos, efeito relativo à variação da velocidade da Terra em relação ao halo galáctico de matéria escura[21]. Contudo esse resultado é incompatível com os resultados de vários experimentos de detecção direta, como por exemplo o CDMS-II [22], o XENON10 [23], e o ZEPLIN-III [24]. Novos experimentos, maiores e mais sensíveis, utilizaram os detectores: XENON100 [25] (100kg) e LUX [26] (350kg) em busca de maiores esclarecimentos.

Um módulo de U$2bi denominado AMS (Espectrômetro Magnético Alpha ou, em inglês, Alpha Magnetic Spectometer) foi instalado na Estação Espacial Internacional em Maio de 2011. O detector de partículas tem como uma de suas funções procurar por evidências da matéria escura, sendo importante nas pesquisas sobre sua natureza. [2]

A teoria dominante afirma que a Matéria Escura é feita de uma partícula chamada neutralino. Colisões entre neutralinos devem produzir um grande número de pósitrons de alta energia. O AMS poderá comprovar se a matéria escura é feita de neutralinos procurando por esse excesso de pósitrons de alta energia. [3]

Explicações alternativas[editar | editar código-fonte]

Existem tentativas de solucionar o problema da matéria escura propondo-se alterações na gravitação (um exemplo famoso é a MOND), no entanto, até o momento, nenhuma delas obteve grande sucesso.

Buraco negro primordial[editar | editar código-fonte]

Em agosto de 2016, uma equipe japonesa de astrofísicos relatou que os buracos negros do LIGO podem ser primordiais, e que, em caso afirmativo, eles poderiam ser uma parcela da matéria escura do universo[27]. Cientistas da Universidade Johns Hopkins confirmaram que a taxa estimada das fusões dos buracos negros correspondem com o valor esperado de matéria escura em um buraco negro primordial[28]. Os pesquisadores afirmam que os buracos negros primordiais poderiam explicar apenas uma pequena fração da matéria escura[29].

Ver também[editar | editar código-fonte]

Referências

  1. Dark Matter Probably Isn't a Mirror Universe, Colliding Galaxies Suggest por Calla Cofield em "Space.com", em 26-mar-2015
  2. Dark matter even darker than once thought pelo Centro de informação Hubble, publicado na revista " ScienceDaily" de 26-mar-2015. (Ref. David Harvey, Richard Massey, Thomas Kitching, Andy Taylor, and Eric Tittley. The nongravitational interactions of dark matter in colliding galaxy clusters. Science, 27 March 2015: 1462-1465 DOI: 10.1126/science.1261381)
  3. Ade, P. A. R.; Aghanim, N.; Armitage-Caplan, C.; et al. (Planck Collaboration) (22 March 2013). «Planck 2013 results. I. Overview of products and scientific results – Table 9». Astronomy and Astrophysics [S.l.: s.n.] 1303: 5062. arXiv:1303.5062. Bibcode:2014A&A...571A...1P. doi:10.1051/0004-6361/201321529. 
  4. Francis, Matthew (22 March 2013). «First Planck results: the Universe is still weird and interesting». Arstechnica. 
  5. «Planck captures portrait of the young Universe, revealing earliest light». University of Cambridge. 21 March 2013. Consultado em 21 March 2013. 
  6. Kaku, Michio (2005). Parallel worlds: a journey through reation, higher dimensions, and the future of the cosmos Doubleday [S.l.] ISBN 0-385-51416-6. 
  7. On the Existence of Low-Mass Dark Matter and its Direct Detection por James Bateman et al publicado no dia 27 de janeiro de 2015 em "Scientific Reports" 5, Article number: 8058 doi:10.1038/srep08058
  8. Cold Dark Matter (CDM) por John P. Millis (2016)
  9. Dark matter: Out with the WIMPs, in with the SIMPs? por Adrian Cho publicado pela "American Association for the Advancement of Science" (2014)
  10. Cientistas encontram sinais de possíveis partículas de matéria escura POR CESAR BAIMA no "O Globo" (2014)
  11. Discrepância cósmica sugere existência de neutrino “estéril” Por Clara Moskowitz na "SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL"
  12. Un neutrino estéril como candidato a materia oscura por César Tomé López no "Cuaderno de Cultura Científica"
  13. [ Abazajian K.N. (2014). Resonantly Produced 7 keV Sterile Neutrino Dark Matter Models and the Properties of Milky Way Satellites, Physical Review Letters, 112 (16) DOI: 10.1103/PhysRevLett.112.161303
  14. Nenhum WIMPS -- somente SUPERWIMPS por Belle Dumé (traduzido por Luíza Néli Baleeiro Brack) publicado na "PhysicsWeb" (2006)
  15. Supersimetria por José Abdalla Helayël-Neto Física na Escola, v. 6, n. 1, (2005)
  16. Hot Dark Matter in Cosmology por Matthew Calhoun publicado pela "State University of New Jersey - Department of Physics & Astronomy"(2014)
  17. Neutrinos in Physics and Astrophysics: From 10−33 to 1028 Cm por P. Langacker na "World Scientific" - Páginas 509-514 (2008)
  18. What could dark matter be? por Laura Dattaro em "Symmetry Magazine" (2015)
  19. Neutrinos Change Their Flavor and Snag Another Nobel Prize por Jennifer Ouellette "GIZMODO" (2015)
  20. [1]
  21. How the experiment that claimed to detect dark matter fooled itself por Sabine Hossenfelder em "MEDIUM" (2014)
  22. http://cdms.berkeley.edu/
  23. http://xenon.brown.edu
  24. http://www.hep.ph.ic.ac.uk/ZEPLIN-III-Project/
  25. http://xenon.astro.columbia.edu/
  26. http://lux.brown.edu/
  27. Primordial Black Hole Scenario for the Gravitational-Wave Event GW150914 por Misao Sasaki, Teruaki Suyama, Takahiro Tanaka, e Shuichiro Yokoyama DOI:"Phys. Rev. Lett. 117, 061101" (2016)
  28. Did LIGO Detect Dark Matter? por Simeon Bird, Ilias Cholis, Julian B. Muñoz, Yacine Ali-Haïmoud, Marc Kamionkowski, Ely D. Kovetz, Alvise Raccanelli, e Adam G. Riess em "Phys. Rev. Lett. 116, 201301" (2016)
  29. LIGO’s black holes may be dark matter Analysis of gravitational wave detection suggests primordial origin of merging masses por Emily Conover, publicado pela "Science News" (2016)

Ligações externas[editar | editar código-fonte]

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