Astrônomos costumam dar nomes estranhos às coisas, mas esse não foi o caso da “matéria escura”, o nome por si é bastante auto-explicativo. É matéria, ou pensamos que é, porque exerce uma atração gravitacional. Também é escura, porque não podemos vê-la (embora possamos observar o seu efeito) — e isso é praticamente tudo o que sabemos sobre ela.
Estima-se que a matéria negra é responsável por aproximadamente 85% da matéria do universo, e ainda assim não sabemos realmente o que ela é. Mas um novo estudo pode nos ajudar nesse sentido.
Por mais estranho que pareça, a matéria negra parece se aglomerar. Acontece que estes aglomerados podem ser muito menores do que pensávamos. Isto confirma uma previsão fundamental sobre a matéria negra, e pode ajudar os pesquisadores a fazer um importante avanço na compreensão deste fenômeno enigmático.
A matéria negra é invisível para todos os nossos instrumentos. Não emite luz ou qualquer radiação detectável. Nunca a imaginamos de forma direta. Para estudar a matéria escura, astrofísicos podem apenas buscar e analisar os seus efeitos. De acordo com tais observações, a matéria escura parece ser a “cola” gravitacional que mantém as galáxias unidas.
Não sabemos de que tipo de partículas seria feita a matéria escura, mas quase certamente não seriam os elétrons, prótons e nêutrons que estamos familiarizados. Uma teoria popular sustenta que quaisquer que sejam as partículas de que possa ser feita, essas partículas não se moveriam muito rápido. Isso ajudaria a explicar porque a matéria escura tende a se aglomerar, e também porque as concentrações de matéria escura em todo o universo podem variar tanto.
Se este fosse o caso, isto faria da matéria negra “fria”. Uma teoria concorrente apoia a ideia de matéria escura “quente”, onde as partículas se movem próximas da velocidade da luz.
Os aglomerados de matéria escura podem ajudar a resolver este dilema. A matéria escura “quente” não permitiria a formação de pequenos aglomerados, eles simplesmente se movem muito rápido para permitir a formação de pequenos pedaços. Assim, se pudéssemos detectar pequenos aglomerados, isto daria suporte à hipótese da matéria negra “fria”.
Lentes gravitacionais
A lente gravitacional, é a técnica de usar a atração gravitacional como lente. Observe que tudo tem uma atração gravitacional, mas objetos que são realmente grandes podem distorcer até mesmo a própria luz. Embora esta seja muitas vezes uma distorção muito sutil, ainda assim é detectável.
Se estamos observando uma galáxia distante e brilhante através de um telescópio, e outro objeto maciço está interposto entre o nosso telescópio e a galáxia, a sua gravitação pode atuar como uma lente, dobrando a luz. Isto foi exatamente o que os pesquisadores fizeram neste estudo.
Entretanto, isso requer um alinhamento muito particular – o que significa que devem ser encontradas lentes gravitacionais – e elas podem não existir nas direções que as desejamos. Mas, raramente, os objetos envolvidos estão alinhados de tal forma que são produzidas quatro imagens distorcidas à volta do objeto da lente. A isto chama-se uma cruz de Einstein. É aqui que as coisas ficam realmente interessantes.
Você pode estar se perguntando o que tudo isso tem a ver com a matéria escura. Bem, graças as cruzes de Einstein a influência gravitacional dos tufos de matéria escura deve ser observável. Os pesquisadores utilizaram Telescópio Espacial Hubble para estudar oito quasares cruzados de Einstein – núcleos galácticos extremamente luminosos alimentados por buracos negros supermassivos. Estes quasares foram ‘gravitalizados’ por enormes galáxias em primeiro plano.
As cruzes de Einstein
Os oito quasares e galáxias foram alinhados com tanta precisão que o efeito produziu quatro imagens distorcidas de cada quasar, quase como olhar para um espelho carnavalesco. Tais alinhamentos são muito raros e foram muito convenientes a este estudo.
A presença dos tufos de matéria escura alterou o brilho aparente e a posição de cada imagem distorcida de quasar. Os pesquisadores mediram como a luz era deformada pela lente, e então olharam para o brilho e a posição de cada uma das imagens, comparando-as com as previsões de como os cruzamentos de Einstein ficariam sem a matéria escura. Estas comparações permitiram-lhes calcular a massa dos tufos de matéria escura, causando a distorção.
De acordo com os resultados, poderiam existir pequenos tufos de matéria escura — e estas observações suportam a existência de matéria escura mais fria.
Isto não exclui a possibilidade de matéria negra mais quente, mas dá mais peso à teoria mais fria. Para tornar as coisas ainda mais complexas, existe também um modelo misto de matéria escura que inclui ambos os tipos.
Futuramente, os astrônomos serão capazes de conduzir estudos de acompanhamento da matéria escura usando outros telescópios espaciais da NASA, como o Telescópio Espacial James Webb e o Telescópio de Pesquisa de Infravermelho de Campo Amplo, ambos observatórios de infravermelho.
É notável que após décadas de serviço, o telescópio Hubble ainda fornece informações extremamente úteis, permitindo-nos compreender aspectos do universo ao nosso redor.
