A matéria escura:
A matéria escura é uma forma de matéria que aparentemente interage apenas de forma gravitacional, sendo que sua presença infere-se a partir de efeitos gravitacionais sobre a matéria visível, o que explica a causa de as galáxias não saírem de seu caminho, apesar de suas imensas massas e velocidades.
A matéria normal das galáxias é mantida no agrupamento pela força da gravidade de uma massa ainda maior de matéria escura. Sem a matéria escura, que é invisível e somente pode ser detectada através do efeito de sua gravidade, as velocíssimas galáxias e o gás quente rapidamente se esfacelariam e espalhariam.
No modelo cosmológico mais aceito, o ΛCDM (Lambda-Cold Dark Matter), a componente de matéria escura é fria, isto é, não-relativístiva. Nesse contexto, a matéria escura compõe cerca de 23% da densidade de energia do universo. O restante seria constituído de energia escura, 73% e a matéria bariônica, 4%.
Há três categorias de candidatos a matéria escura:
- matéria escura morna - as partículas que se movem relativisticamente ( entre 0.1c e menos de 0.95c). Os candidatos mais comuns WDM são neutrinos estéreis e gravitinos. Esta matéria escura resolve o problema dos buracos negros gigantes (ver aqui e aqui).
- matéria escura quente - as partículas que se movem ultrarelativisticamente (próximas da velocidade da luz). O candidato seria o neutrino. Esta matéria escura explica como os clusters e superclusters de galáxias se formaram após o big bang, mas não explica a formação de galáxias individuais após este evento, o que é explicado pela matéria escura fria e morna.
O modelo ΛCDM representa o modelo de concordância da teoria do "Big Bang" que explica as observações cósmicas realizadas sobre a radiação de fundo de microondas, assim como a estrutura em grande escala do universo e as observações realizadas sobre as supernovas, todo ele pretende ter a explicação da aceleração da expansão do universo. É o modelo conhecido mais simples que está em acordo com todas as observações.
Graças ao telescópio de raios-X Chandra, da NASA, a matéria escura finalmente deixou de ser uma hipótese e ganhou o caráter de teoria (aqui), pois os cientistas conseguiram confirmar sua existência a partir da observação do maior evento cósmico já observado pelo homem: o choque entre duas galáxias.
Apesar de consideráveis evidências já oferecidas em prol da existência da matéria escura, alguns cientistas já estavam propondo teorias alternativas para a gravidade onde ela é mais forte do que seria previsível pelas teorias de Newton e Einstein.
Estas teorias eliminam a necessidade da matéria escura. Mas não conseguem explicar os efeitos observados pela colisão agora acompanhada pelos cientistas
"Os resultados são uma prova direta de que a matéria escura existe," conclui o Dr. Doug Clowe, da Universidade do Arizona, Estados Unidos, e coordenador do estudo.
Os candidatos teóricos mais populares à matéria escura não-bariônica são: os áxions, os neutrinos estéreis e as WIMPs - partículas massivas que interagem fracamente, que não interagiriam com com a matéria visível por nenhuma força mais intensa que a força fraca, exceto pela força gravitacional.
O Axion é uma partícula hipotética fundamental, postulado pela teoria Peccei-Quinn em 1977.Esta partícula hipotética resolve o problema da violação de simetria CP na cromodinâmica quântica (QCD). Se os axions existirem e tiverem baixa massa em um determinado intervalo, eles seriam um possível componente da matéria escura fria.
Na física de partículas, violação de simetria CP é uma violação do postulado da simetria CP, que é a combinação de simetria C (taxa de simetria de conjugação) e simetria P (simetria de paridade).
Em física, uma transformação de paridade (também chamada de inversão da paridade ou simetria P) é a viravolta no sinal de uma coordenada espacial. Em três dimensões, também é comumente descrito pela viravolta simultânea em sinal de todas as três coordenadas espaciais.
Quanto à C-simetria, é a simetria das leis físicas sob uma transformação de conjugação de carga. Eletromagnetismo, a gravidade e a interação forte, todos obedecem simetria C, mas as interações fracas violam a simetria C-máximo.
Os estados de simetria CP afirmam que as leis da física devem ser as mesmas, se uma partícula for intercambiada com sua anti-partícula (simetria C), e se forem trocadas a esquerda e a direita (simetria P).
A violação de simetria CP desempenha um papel importante, tanto nas tentativas da cosmologia para explicar o predomínio da matéria sobre a antimatéria no Universo atual, e no estudo das interações fracas em física de partículas.
É também possível que uma pequena parte da matéria escura seja bariônica, existente em forma objetos massivos compactos, MACHOs (em teoria, grandes corpos celestes que emitem poucas ondas eletromagnéticas, como estrelas de nêutrons, ou mesmo nenhuma, como buracos negros), que por emitirem pouca radiação são difíceis de serem detectados.
A energia escura:
A energia escura é uma forma de energia distribuida por todo o espaço e tende a acelerar a expansao do universo. A principal característica da energia escura é ter uma forte pressão negativa. De acordo com a teoria da relatividade, o efeito de tal pressão negativa seria semelhante, qualitativamente, a uma força que age em larga escala em oposição à gravidade.
Em 1998, astrofísicos descobriram que as supernovas mais distantes da Terra apresentavam a luz mais tênue do que seria de se esperar - logo, elas estariam mais distantes de nós, concluíram eles. Isto sugeriu que a expansão do universo estava se acelerando.
A causa para essa expansão foi então chamada de energia escura, uma energia cujos efeitos os físicos acabavam de medir, mas que não havia ainda sido detectada diretamente (ler aqui).
As principais formas das diferentes propostas de energia escura são:
- A constante cosmológica, que pode ser interpretada tanto como uma modificação de natureza geométrica nas equações de campo da relatividade geral, quanto como um efeito da energia do vácuo, a qual preenche o universo de maneira homogênea. Foi introduzida por Einstein nas equações relativísticas para que estas conduzissem a um universo estático. Entretanto foi descartada após observada a expansao do universo.
- A quintessência (forma hipotética de energia escura, postulada como uma forma de explicar a expansao do universo), usualmente modelada como campos escalares, cuja densidade de energia pode variar no tempo e no espaço, campos estes oriundo da teoria das supercordas.
Nessa teoria, há uma abundância de campos escalares (módulos) que são gravitacionalmente ligados a todos os outros graus de liberdade e têm expectativas de valores de vácuo na ordem conforme a escala de Planck. A diferença entre a quntessência e a constante cosmológica é que aquela pode variar no espaço e no tempo.
Embora nao haja evidências a respeito da quntessência, esta ainda não foi descartada Cientistas acreditam que a melhor evidência para a quintessência viria de violações do princípio da equivalência de Einstein e da variação das constantes fundamentais no espaço ou no tempo.
Uma luz sobre a energia escura:
A equipe do professor István Szapudi anunciou ter detectado outro efeito, incontestável, segundo eles, da existência da energia escura (aqui). O efeito a que a Szapudi e sua equipe se referem é conhecido como efeito de Sachs-Wolfe.
Este efeito é uma propriedade da radiação cósmica de fundo (CMB), na qual os fótons da CMB são gravitacionalmente desviados para o vermelho (redshifted), fazendo com que o espectro da CMB apareça desigual. Este efeito é a fonte predominante de flutuações na CMB, em escalas angulares acima de cerca de dez graus.
A aparente aceleração do universo é atribuída à pressão negativa da energia escura. Essa aceleração diminui o potencial gravitacional, causando um efeito direto sobre fótons que viajem ao longo do universo:
Eles ganham energia - se aquecem - ao passar por grandes aglomerados de galáxias, e perdem energia - se resfriam - ao viajar pelos supervazios, enormes regiões com pequena densidade de estrelas ou outros corpos celestes.
A "fotografia" da energia escura de Szapudi e seus colegas é, na verdade, um mapa dessas variações de temperatura dos fótons, mostrando regiões quentes e frias que refletem variações na densidade do universo em seus primeiros estágios. Essas áreas quentes e frias são condizentes com a teoria da energia escura, que inclusive predizia sua existência.
Segundo Szapudi e sua equipe, idéia é a seguinte:
Um fóton viajando através do universo ganha energia quando entra em uma região densamente povoada por galáxias, repleta de energia gravitacional - é mais ou menos como se ele estivesse caindo num buraco.
Depois que ele atravessa essa região, saindo para outra com menor densidade de matéria - e, portanto, também de energia gravitacional - ele perde energia. É mais ou menos como ele estivesse tentando sair do buraco.
Se a energia escura não for levada em conta, o ganho e a perda de energia desse fóton viajante devem se equivaler. Mas, se a energia escura realmente existir, o universo se expande rápido o suficiente para esticar o buraco gravitacional enquanto o fóton ainda está lá dentro. Isso torna o buraco mais raso, facilitando a saída do fóton, que perderá menos energia nesse processo.
O resultado é um fóton que ganha mais energia do que perde, transformando os supervazios em áreas mais quentes. Logo, uma imagem da radiação de fundo aparece "marcada" por estas regiões mais quentes e mais frias.
Como esse efeito é muito pequeno, os cientistas se concentraram em áreas nos dois extremos: 3.000 superaglomerados de galáxias e 500 supervazios. Pelos seus cálculos, a chance de que o mapa que eles produziram não seja causado pela energia escura é de 1 em 200.000.
O trabalho foi submetido para publicação da revista Astrophysical Journal Letters e ainda está em processo de avaliação por outros cientistas. (Dark Energy Detected with Supervoids and Superclusters Benjamin R. Granett, Mark C. Neyrinck, István Szapudi arXiv 20 May 2008 http://arxiv.org/abs/0805.2974).
Entender a Energia escura nos trará pistas cruciais na busca para a unificação das forças e das partículas no Universo, ou seja nos propiciará a entender do que tudo é feito, embora a energia escura e sua quantidade sejam uma pista para a morte deste universo.
Assistir, se divertir e aprender:
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