Um grande pedaço do universo está faltando.
Não está em lugar nenhum, pelo menos não com toda a captura tecnológica da humanidade neste momento. Mas os astrônomos sabem que há algo ali – a influência gravitacional de material invisível que representa cerca de 85% da massa total. A partir de agora, as melhores explicações que os cientistas têm para isso são a matéria escura, uma forma molecular de matéria que não absorve, absorve ou reflete luz.
O sistema de matéria escura resolveu muitos fenômenos cosmológicos desconhecidose esta vantagem significa que a maioria dos astrólogos aceita de bom grado que o assunto é obscuro. De acordo muitas instituições de alto nível instalações em todo o mundo dedicadas a experimentos técnicos extraordinários e cuidadosamente planejados para detectar matéria escura.
Dito isto, ainda não encontramos uma prova incontestável no escuro. Agora deve ser enfatizado novamente que as provas indiretas e teóricas são em grande parte obscuras, como você verá. Mas na física há sempre uma pequena possibilidade de estarmos errados, e a natureza tinha outros planos para o modo como a verdade funciona.
Portanto, neste Giz Petit, pedimos aos especialistas que pelo menos considerassem a questão – e se a situação não for sombria? O que nos dá tanta certeza de que a questão da matéria escura foi respondida corretamente? E se for, e se for impossível para o homem 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 foram editadas e condensadas para maior clareza.
Vedante Chandra
Astrofísico: Centro de Astrofísica | Harvard e Smithsonian.
É uma tarefa difícil e obscura ser desacreditado. Um dos motivos é que se sabe tão pouco sobre isso – exemplos improváveis de volumes do tamanho certo. Embora vários experimentos tenham sido realizados para excluir partes deste espaço de parâmetros, o espaço de candidatos não testados é enorme. Do ponto de vista dos astrofísicos, uma substância semelhante à matéria escura continua a ser a explicação mais simples para todas as nossas observações modernas.
Se a matéria escura realmente não o for, será necessária alguma alteração substancialmente mais complicada na física para explicar todas as nossas observações juntas. Olhando para o futuro, os modelos que levam à matéria escura prevêem o seu agrupamento até escalas subgalácticas, preenchendo as galáxias com uma subestrutura escura que é completamente invisível. Estas estruturas podem ser detectadas por lentes ou influindo nas correntes de estrelas finas que orbitam a Via Láctea. As futuras descobertas desta subestrutura escura seriam mais uma confirmação de que a matéria escura opera independentemente de qualquer matéria visível.
Sabinus Hossenfelder
Físico e comunicador científico; Ciência nas Sabinas.
Se a matéria não for escura, as observações que levaram os astrofísicos a concluir que ela não irá desaparecer. Queremos, portanto, explicar outra observação. Ou a explicação mais provável seria que agora entendemos a lei da gravidade. Pessoalmente, acharia isto mais interessante porque poderia ser uma ligação à gravidade quântica e possivelmente até explicar a energia escura.
Mas o que ele disse, “matéria escura”, é definido de forma tão vaga que não pode ser falsificado. Na melhor das hipóteses, podemos “refutá-lo” apresentando uma explicação melhor. Agora, porém mudança na gravidade é tão bom ou ruim quanto a matéria escura; cada um tem suas próprias vantagens e desvantagens. Pessoalmente, considero ambos inapropriados. Eu realmente adoraria ver esse problema resolvido pela IA.
Stacy McGaugh
Cosmólogo Universidade Case Western Reserve; o autor do blog Estação Tritão.
As observações astronômicas estabeleceram, sem sombra de dúvida, a discrepância entre o que vemos e o que vemos em sistemas extragalácticos, galáxias, aglomerados de galáxias e no universo como um todo. Quando aplicamos a lei da gravidade que nos foi ensinada por Newton e Einstein à matéria que vemos nestes sistemas, ficamos aquém: os movimentos observados envolvem mais massa do que aparenta: matéria escura.
A inclusão da existência de 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 existe; Envolve aprender algo mais sobre a gravidade. As discrepâncias observadas podem ser causadas por uma mudança na lei e não por uma força de massa invisível.
Uma hipótese de mudança na lei da força é uma teoria chamada MOND (Modified Newtonian Dynamics). Mond fez um número significativo de previsões, que mais tarde foram confirmadas por observação. Isto não aconteceria num universo obscuro, deixando-nos a pensar: existe uma massa invisível na sala connosco agora?
João I. Colar
Astrofísico: Instituto Kavli de Física Cosmológica da Universidade de Chicago.
Pouco depois de Maxwell caracterizar 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 éter curto. O prejuízo para a sua existência foi enorme, embora as equações de Maxwell aceitassem a propagação de campos eléctricos e magnéticos, que não depende em parte alguma do éter. Nenhuma evidência foi encontrada até que a teoria da relatividade finalmente proporcionou paz de espírito por quase duas décadas. Não há outra explicação à vista senão o interesse puro e desenfreado do homem, com sufocamento da imaginação, pela nossa obsessão pelo éter.
Os requisitos da partícula escura pelo menos duas vezes até que o éter enlouqueça, os resultados negativos contínuos para demonstrar nossos esforços. Os efeitos da gravidade sobre o que chamam de “matéria escura” são claros. Para concluir, uma nova partícula fundamental por trás deles, ou uma chamada partícula que interage através de qualquer mecanismo que não seja a gravidade, pode muito bem ser reduzida ao nível da realização experimental obsessiva compulsiva pós-Maxwell.
Com exceção do romance de Einstein que nos tira da nossa miséria, uma solução (misericordiosa neste ponto) pode vir das observações astrofísicas. Nenhuma informação sobre a natureza das partículas de matéria escura (massa, tipo e acoplamento) foi fornecida por esse campo à comunidade experimental. A prossecução enfática desta liderança poderia reforçar a actual relutância em procurar a multiplicidade de possibilidades, especialmente em esforços com maiores probabilidades de sucesso.
Kyu Hyun Chae
Físico; Universidade SejongCoréia 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/teorias confirmadas. Finalmente, os epiciclos e o éter foram refutados e levaram a imensas revoluções científicas. A matéria escura é uma consequência lógica da teoria da gravidade 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 posteriormente. A aparente obscuridade na explicação dos dados astronômicos pode ter algumas semelhanças com o aparente sucesso do modelo geocêntrico de Ptolomeu baseado no epiciclo na explicação dos movimentos observados dos planetas no céu.
Como os epiciclos não ocorrem devido a testes fumegantes, como a observação das fases de Vênus por Galileu, é provável que testes astronômicos fumegantes acabem revelando que a matéria escura é outro epiciclo/ferro ou física verdadeira. Tais evidências de tabagismo podem vir de observações que mostram discrepâncias diretas com a norma da gravidade. Artigos científicos o fato de que já foram emitidos nestes anos. especialmente observações detalhadas da dinâmica interna de grandes estrelas binárias e das curvas de rotação galáctica fornecerão informações decisivas nos próximos anos. Penso que estamos perante uma nova revolução científica e somos encorajados por muitos cientistas. Talvez seja irónico que a história mostre que as revoluções científicas são feitas à custa de teorias físicas aperfeiçoadas. Este é um momento emocionante para a gravidade e a cosmologia!
Dom Lincoln
Cientista sênior; Fermilab; comunicador de conhecimento.
O debate sobre se a matéria escura ou a física modificada é a resposta para mistérios cósmicos como a rotação mais rápida das galáxias é tão interessante quanto excitante, pois é um tema fascinante para os físicos. Durante anos inclinei-me na direção da “mudança física”; duas observações, porém, colocaram-me firmemente no escuro. A hipótese do Bullet Cluster favorece fortemente o escuro, assim como a observação de galáxias ultradifusas no aglomerado NGC-1052. Estas galáxias, chamadas DF2 e DF4, parecem ser governadas pelas leis da física hoje 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 tivesse mudado para responder à pergunta, não haveria galáxias que orbitassem as leis de Newton.
Supondo que o material particulado escuro seja real, a questão é “qual é a sua natureza?” A resposta é complicada. Hipótese de candidatos sensíveis à matéria escura com massas variando de 10 a 11 vezes a massa de um elétron até a massa de um asteróide. Experimentos descartaram classes candidatas de possível matéria escura com propriedades específicas na faixa de 1 a 1.000 vezes a massa de um próton, embora muitos possíveis candidatos permaneçam viáveis. Se conseguiremos detectar diretamente partículas de matéria escura dependerá de quão profundamente elas estão interconectadas. Se acontecer de eles cortarem apenas muito severamente, você nunca poderá detectá-los. Se algum dia quisermos saber a resposta, o único caminho a seguir será continuar a procurar a matéria escura, em vez de criá-la de várias maneiras. Esperançosamente, um grupo sortudo de pesquisadores fará uma observação que responda a esta pergunta muito interessante.
Indranil Banik
Astrofísico: Universidade de Portsmouth.
Naturalmente, nem todos os astrônomos gostam de matéria escura. Para que apenas a massa se torne visível, é necessário relacionar a sua matéria visível com a gravidade observada, a partir da qual se obtém a rapidez com que a galáxia gira. Acreditei na MOND durante dez anos, durante os quais trabalhei de várias maneiras para testar a MOND. Consegui analisar observações de binários no Sistema Solar com milhares de quilômetros de largura por cada observação de Gaia; conclusivamente para refutar a previsão do MOND.
Tudo isso antes mesmo de você considerar os argumentos sobre cosmologia que sugerem até as coisas mais sombrias. Publiquei recentemente um papel na formação de galáxias sem matéria escura, que é necessária na imagem padrão como uma semente para a formação de galáxias. Quer você esteja considerando planetas externos do sistema solar como Saturno, grandes estrelas binárias na vizinhança solar ou galáxias formadas rapidamente após o big bang, as observações são muito melhor explicadas usando a lei da gravidade combinada com a matéria escura. Não cheguei a essa conclusão, permanecendo dentro da minha sugestão, pois acreditei no MOND por uma década e publiquei muitos artigos e uma longa resenha de 150 páginas para o autor naquela época. Por enquanto, porém, acredito que se há algo errado com a nossa teoria da gravidade, é uma discrepância muito pequena até atingirmos distâncias de pelo menos 100 milhões de anos-luz. Em escalas ainda maiores, há razões para pensar que as nossas crenças não funcionam bem. Mas as modificações da gravidade nestas escalas não podem substituir a necessidade de matéria escura.
Portanto, a minha resposta à questão aqui proposta é que, se a matéria escura não existe realmente, então muito pouco sentido do universo pode ser feito, mesmo se estivermos preparados para modificar a gravidade, uma vez que há muito pouca flexibilidade na forma como se pode esperar isso num universo com apenas matéria visível. Em resumo, acredito que a matéria escura existe e é o principal componente das galáxias e de estruturas maiores, como os aglomerados de galáxias.
