O caso da matéria escura se fortaleceu

Embora uma única medição não seja suficiente para decidir definitivamente o debate, esta é uma grande vitória para os defensores da matéria escura.
  matéria escura
Crédito: Ralf Kaehler / SLAC National Accelerator Laboratory
Principais conclusões
  • Embora represente cerca de 26% do Universo, não podemos ver a matéria escura. Mas sabemos que está lá porque podemos ver seus efeitos.
  • Nem todos os astrofísicos concordam. Alguns argumentam que a matéria escura não existe; em vez disso, nossa compreensão das leis da física precisa ser modificada.
  • As evidências que antes favoreciam a hipótese da 'física modificada' agora são vistas como mais consistentes com a explicação da matéria escura.
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A história da ciência está repleta de debates entre facções opostas. Ainda hoje, os astrônomos debatem grandes ideias – como diferentes modelos que descrevem o movimento de estrelas e galáxias, desde a matéria escura invisível até a alegação de que nossa compreensão das leis da física está errada. Cada lado aponta para evidências diferentes que apóiam sua posição. Agora, um novo papel publicado em Astronomia da Natureza afirma desmascarar uma observação chave e, ao fazê-lo, fortalece o caso de que o Universo está cheio de matéria invisível.

A astronomia moderna faz uma afirmação extraordinária. Enquanto observatórios poderosos, como o Telescópio Espacial Hubble e o mais recente Telescópio Espacial James Webb, podem ver bilhões de estrelas e galáxias, essas imagens de tirar o fôlego são apenas uma pequena fração da matéria no Universo. Além das estrelas brilhantes e das nuvens invisíveis de gás que existem no espaço entre elas, a maioria dos astrofísicos acredita que o cosmos é preenchido com uma substância chamada matéria escura que não emite nem absorve luz.



Não deveria ser uma surpresa, então, que a matéria escura não tenha sido detectada diretamente; ela só pode ser observada por seu efeito gravitacional na matéria visível. De acordo com a teoria, a matéria escura é cerca de cinco vezes mais abundante do que a matéria comum.





A evidência da matéria escura

Existem muitas linhas de evidência que apóiam a ideia da matéria escura, mas a mais fácil de explicar envolve a rotação das galáxias. galáxias são vastas coleções de estrelas no espaço, contendo muitos bilhões de estrelas. Estima-se que a Via Láctea, que é a galáxia na qual nosso planeta está localizado, contenha entre 200 e 400 bilhões de estrelas.

As galáxias giram, o que significa que as estrelas orbitam o centro galáctico, não muito diferente de como os planetas orbitam o Sol em nosso Sistema Solar. Embora cada planeta seja puxado em direção ao Sol, sua velocidade faz com que ele orbite em um caminho quase circular. A velocidade e a gravidade se equilibram, com planetas mais distantes do Sol se movendo mais lentamente do que aqueles localizados mais próximos.



Nas galáxias, é praticamente o mesmo, e as leis da física fazem previsões semelhantes, especificamente que as estrelas distantes do centro galáctico se movem mais lentamente do que as mais próximas. No entanto, quando os astrônomos medem a velocidade das estrelas nos arredores das galáxias, descobrem que elas se movem mais rápido do que o previsto. Se as leis da gravidade e do movimento estiverem corretas, a única explicação é que matéria extra e invisível está aumentando a gravidade experimentada por essas estrelas em movimento rápido.



O debate sobre a matéria escura

No entanto, uma minoria de cientistas rejeita a hipótese da matéria escura como implausível. Em vez disso, eles acreditam que as leis aceitas da física estão incorretas. Segundo eles, ou as leis que regem o movimento dos objetos astronômicos estão erradas ou nossa teoria da gravidade não funciona em escalas galácticas. Para ambas as conjecturas, esses pesquisadores desenvolveram uma série de novas teorias físicas, regidas por equações diferentes daquelas ensinadas nas aulas de física.

Ambos os campos – os proponentes da matéria escura e a comunidade da física modificada – apontam para diferentes conjuntos de dados astronômicos para apoiar sua posição. E ambos os grupos podem apontar para observações que apóiam suas conjecturas e desfavorecem o outro. Embora a maioria dos astrônomos adote a ideia da matéria escura, houve uma observação que é extremamente difícil para o campo da matéria escura explicar: a distribuição de pequenas galáxias ao redor das maiores.



Essas galáxias menores são chamadas de “galáxias satélites”. As duas explicações – matéria escura e física modificada – fazem previsões diferentes sobre como as galáxias satélites devem ser organizadas em torno de galáxias como a Via Láctea. Durante o último meio século, os astrônomos souberam que as observações favorecem o campo da física modificada.

A Via Láctea é uma galáxia espiral, o que significa que se parece um pouco com um disco giratório, com cerca de 100.000 anos-luz de diâmetro e 12.000 anos-luz de espessura - essencialmente uma forma de pizza cósmica. Esta é a forma das estrelas e galáxias visíveis. No entanto, a teoria da matéria escura diz que a matéria escura é essencialmente uma grande nuvem esférica, com talvez 700.000 anos-luz de diâmetro, com a Via Láctea localizada no centro. Como a matéria escura é importante na formação de galáxias, a teoria da matéria escura sugere que as galáxias satélites da Via Láctea também devem estar distribuídas esfericamente em torno dela.



Por outro lado, se a matéria escura não é real, e a explicação correta para as galáxias em rápida rotação é que as leis da física devem ser modificadas, os cientistas preveem que as galáxias satélites devem orbitar a Via Láctea aproximadamente no mesmo plano que a Via Láctea. Via — essencialmente extensões da própria Via Láctea. Quando os astrônomos medem a localização das 11 galáxias satélites conhecidas da Via Láctea, eles descobrem que estão localizadas no plano da Via Láctea. Além disso, a configuração observada é muito improvável do ponto de vista da matéria escura. Portanto, esta é uma vitória para a multidão de gravidade modificada.



Outra vitória para a matéria escura

O papel publicado recentemente no astrônomo da natureza y dá uma outra olhada nesta observação usando dados extremamente precisos medidos pelo satélite Gaia . O Gaia foi projetado para medir a localização e a direção do movimento de até um bilhão de estrelas, e as galáxias satélites da Via Láctea foram incluídas no estudo.

O que o artigo descobriu foi que a metodologia usada para determinar o plano orbital do conjunto de galáxias satélites foi fortemente influenciada por duas galáxias satélites, chamadas Leo 1 e Leo 2, que eram as mais distantes (cerca de 700.000 a 800.000 anos-luz) de o centro da Via Láctea. (A metodologia matemática pesou o efeito das galáxias satélites por sua distância ao quadrado.)



Ambas as galáxias de Leão estão atualmente localizadas aproximadamente no plano da Via Láctea. No entanto, as outras galáxias satélites mais próximas são distribuídas de forma mais esférica, embora não completamente. Se os satélites Leo forem excluídos da análise, os dados não mais favorecem fortemente a hipótese da física modificada. É importante ressaltar que, quando o movimento das galáxias Leo é medido pelo satélite Gaia, os autores descobriram que sua localização no plano da Via Láctea é temporária. Quando projetam sua localização um bilhão de anos no passado ou no futuro (um piscar de olhos, cosmologicamente falando), essas galáxias não estão mais localizadas no plano galáctico.

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Em outras palavras, quando a ênfase excessiva nas galáxias satélites de Leão causada pelo algoritmo é levada em consideração, junto com seu alinhamento temporário no plano galáctico, as observações das galáxias satélites da Via Láctea agora são totalmente consistentes com a hipótese da matéria escura .



Concedido, uma única medição não é suficiente para decidir definitivamente o debate. No entanto, parece que um dos exemplos mais fortes de dados favorecendo a física modificada e desfavorecendo a matéria escura não tem mais o impacto que já teve. Dado o amplo apoio de outros dados para a matéria escura, este artigo fortaleceu o caso.

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