O mistério da Matéria Escura e Energia Escura

No Livro dos Espirítos temos a seguinte pergunta no Capítulo II — Dos elementos gerais do universo, questão 36:

O vácuo absoluto existe em alguma parte no espaço universal?

“Não, não há o vácuo. O que te parece vazio está ocupado por matéria que te escapa aos sentidos e aos instrumentos.”

Na época desta resposta somente tinhamos conhecimento que apenas existia no espaço os corpos celestes e o restante era o vácuo. Estima-se hoje que conhecemos apenas uma pequena fração do universo, algo em torno de 5% do seu conteúdo total.

Essa porcentagem representa a matéria bariônica ou matéria comum, que é tudo aquilo que podemos ver, tocar e interagir diretamente, como estrelas, planetas, galáxias, poeira cósmica e até mesmo nós mesmos.

Os outros 95% do universo são compostos por:

Matéria Escura (cerca de 27%): Uma forma de matéria que não interage com a luz, tornando-a invisível para nós. Sua presença é inferida através de seus efeitos gravitacionais sobre a matéria visível. Ainda não sabemos exatamente do que ela é feita.

Energia Escura (cerca de 68%): Essa é uma forma misteriosa de energia que permeia todo o espaço e é responsável pela aceleração da expansão do universo. Sua natureza é ainda mais desconhecida do que a da matéria escura.

Em 1970, Vera Rubin e Ford teorizaram a existência de uma massa invisível, que não tinha interação com radiação eletromagnética, apenas seria detectada sua interação gravitacional. Essa massa invisível foi chamada de Matéria Escura.

O termo “energia escura” foi proposto pelo cientista Michael Turner em 1998. Esse conceito foi criado para explicar a expansão acelerada do Universo.

A matéria escura e a energia escura são dois dos maiores mistérios da cosmologia moderna, representando a grande maioria do conteúdo do universo, mas que não interagem com a luz da mesma forma que a matéria comum que conhecemos.

Matéria Escura:

O que é: A matéria escura é uma forma hipotética de matéria que não interage com a luz, nem com outras formas de radiação eletromagnética (como raios X, ondas de rádio, etc.). Isso significa que não podemos vê-la diretamente com telescópios.

Por que acreditamos que existe: A principal evidência para a existência da matéria escura vem de observações astronômicas que mostram que há muito mais massa no universo do que podemos ver. Alguns exemplos incluem:
Curvas de rotação de galáxias: As estrelas nas bordas externas das galáxias espirais giram muito mais rápido do que o esperado com base na quantidade de matéria visível. Acredita-se que a matéria escura forneça a gravidade extra necessária para manter essas galáxias unidas.

Lentes gravitacionais: A luz de objetos distantes se curva ao passar por objetos massivos (como aglomerados de galáxias). A quantidade de curvatura observada é maior do que a esperada com base na matéria visível, sugerindo a presença de massa invisível (matéria escura).

Radiação Cósmica de Fundo (CMB): As pequenas variações de temperatura na CMB, o “eco” do Big Bang, também indicam a presença de uma grande quantidade de matéria que não interage com a luz.

Formação de estruturas em larga escala: A distribuição de galáxias e aglomerados de galáxias no universo também é melhor explicada pela presença de matéria escura.

Do que é feita: A composição exata da matéria escura ainda é desconhecida. Existem várias teorias sobre o que ela poderia ser, incluindo partículas elementares exóticas (como WIMPs ou axions), buracos negros primordiais ou outras formas de matéria ainda não descobertas.

Energia Escura:

O que é: A energia escura é uma forma hipotética de energia que permeia todo o espaço e tende a acelerar a expansão do universo.

Por que acreditamos que existe: A principal evidência para a existência da energia escura veio da observação de supernovas do Tipo Ia distantes. Essas observações mostraram que o universo não está apenas se expandindo (como se sabia desde a descoberta de Hubble), mas que a taxa dessa expansão está aumentando com o tempo.

Natureza: A natureza da energia escura é ainda mais misteriosa do que a da matéria escura.

Algumas das principais ideias incluem:

Constante Cosmológica: Uma forma de energia inerente ao próprio espaço, prevista pela teoria da relatividade geral de Einstein. Inicialmente, Einstein a introduziu para tentar criar um universo estático, mas depois a descartou. No entanto, a ideia resurgiu como uma possível explicação para a energia escura.

Quintessência: Um campo escalar dinâmico que varia no espaço e no tempo, diferente da constante cosmológica que é constante.

Modificações da Gravidade: Algumas teorias sugerem que a aceleração da expansão do universo pode não ser devido a uma forma de energia, mas sim a uma modificação da própria teoria da gravidade em grandes escalas.

Em resumo:

Matéria Escura: Massa invisível que interage gravitacionalmente, ajudando a manter as galáxias unidas e a formar grandes estruturas no universo. Sua natureza exata é desconhecida.

Energia Escura: Uma forma de energia que permeia o espaço e causa a aceleração da expansão do universo. Sua natureza é ainda mais misteriosa do que a da matéria escura.

Juntas, a matéria escura e a energia escura compõem cerca de 95% do universo, enquanto a matéria comum (a que podemos ver e interagir) representa apenas cerca de 5%. A busca para entender a natureza dessas duas entidades é um dos maiores desafios da física e da cosmologia atualmente.