Jasem Mutlaq

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# Materia Negra

Os cientistas estão agora muito confortaveis com a ideia que 90% da massa do universo está em uma forma de materia que não pode ser vista.

A despeito de amplos mapas do universo próximo que cobrem o espectro de radio ate raios gama, temos conta de apenas 10% da massa que deve estar lá fora. Como Bruce H. Margon, um astrónomo da Universidade de Washington, disse ao New York Times em 2001: "é uma situação muito embaraçosa admitir que não podemos encontrar 90% do universo".

O termo usado para essa "massa perdida" é Materia Negra , e estas duas palavras resumem muito bem tudo que sabemos sobre isto ate agora. Sabemos que existe "Materia", porque podemos ver os efeitos de sua influencia gravitacional. De qualquer forma, a materia não emite qualquer radiação electromagnética detectável, portanto é "Escura". Existem varias teorias para justificar a massa perdida, passando por partículas subatómico exóticas, uma população de buracos negros isolados, ate menos exóticos duendes marrons e brancos. O termo 'massa perdida' pode ser enganador, pois a massa não está perdida, apenas é leve. Mas o que exatamente é materia negra e como sabemos realmente que existe se não podemos vê-la?

A estoria começou em 1933 quando o Astrónomo Fritz Zwicky estava estudando os movimentos de um enorme e distante ajuntamento de galáxias, especificamente o agrupamento Coma e o agrupamento Virgo. Zwicky estimou a massa de cada Galaxia no agrupamento baseado em sua luminosidade, e adicionou a massa de toda a Galaxia para ter uma massa total do agrupamento. Ele fez então uma segunda estimativa independente da massa do agrupamento, baseado o afastamento em velocidade das galáxias individuais no agrupamento. Para sua surpresa, esta segunda massa dinâmica estimada era 400 vezes maior que a estimativa baseada na luz da Galaxia.

Ainda que a evidencia fosse forte na época de Zwicky, apenas nos anos de 1970 os cientistas começaram a explorar esta discrepância abrangentemente. Foi nesta época que a existência da Materia Negra começou a ser considerada seriamente. A existência de tal materia não apenas resolveria o deficit de massa nos aglomerados de galáxias; traria também maiores consequências na evolução e destino do próprio universo.

Outro fenómeno que sugeria a necessidade de materia negra é a curva rotacional das Galáxias Espirais. Galáxias Espirais contem uma grande população de estrelas que orbitam o centro galáctico em órbitas circulares próximas, muito semelhante a planetas orbitando uma estrela. Como órbitas planetarias, as estrelas com órbitas Galaticas grandes deveriam ter velocidades orbitais menores (isto é apenas uma aplicação da terceira lei de Kepler). Realmente, a terceira lei de Kepler apenas se aplica a estrelas perto do perímetro de uma Galaxia Espiral, porque assume que a massa contida em uma órbita é constante.

Contudo, astrónomos fizeram observações das velocidades orbitais de estrelas nas partes externas de um grande numero de galáxias espirais e nenhuma delas seguia a terceira lei de Kepler conforme o esperado. Em vez de cair em raios largos, as velocidades orbitais permaneciam deveras constantes. A implicação é que a massa contida por órbitas de raios largos aumenta, mesmo para estrelas que aparentemente estão próximas da beirada da Galaxia. Enquanto elas estão próximas a beirada da parte luminosa da Galaxia, a Galaxia tem um perfil de massa que aparentemente continua bem alem das regiões ocupadas pelas estrelas.

Aqui está outra forma de pensar sobre isso: Considere as estrelas próximas ao perímetro de uma Galaxia espiral, com velocidades orbitais típicas observadas de 200 Km por segundo. Se a Galaxia consistisse somente de materia que podemos ver, estas estrelas muito rapidamente voariam para fora da Galaxia, porque as suas velocidades orbitais Sao 4 vezes maiores que a velocidade de escape da Galaxia. Como as galáxias aparentemente não estão se partindo, deve haver massa na Galaxia que desconhecemos, quando adicionamos tudo que podemos ver.

Varias teorias apareceram na literatura para dar conta da massa perdida como WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles), MACHOs (MAssive Compact Halo Objects), buracos negros primordiais, neutrinos pesados, e outras; cada uma com seus pros e contras. Nenhuma teoria isolada foi ainda aceita pela comunidade astronómica, porque não temos ate agora os meios para testar uma teoria contra outra conclusivamente.

Você pode ver os agrupamentos de galáxias que o Professor Zwicky estudou para descobrir a materia negra. Use a janela Encontrar Objeto do KStars Ctrl f) para centralizar em "M 87" para encontrar o agrupamento Virgo, e em "NGC 4884" para encontrar o agrupamento Coma. Você pode precisar aproximar para ver as galáxias. Note que o agrupamento Virgo parece ser muito maior no Céu. Na realidade, Coma é o agrupamento maior; ele parece menor apenas por estar bem mais longe.