Energia escura e matéria escura – muita escuridão, não é mesmo? Na verdade, são termos que se referem à nossa ignorância: trata-se de matéria e energia que ainda não entendemos. Mas ambas são fundamentais para explicar como é o Universo.
As equações – e a observação – confirmam que as galáxias estão se afastando umas das outras. Essa é a expansão do Universo Mas, no final do século XX, descobriu-se que elas não estão apenas se afastando, mas acelerando no seu afastamento. Essa aceleração que observamos não tem lugar a menos que haja um componente de energia que acrescente velocidade à expansão do Universo. E é nesse momento que falamos de energia escura.
E quanto à matéria escura? Ela corresponde a cerca de 85% de toda a massa do Universo. Nós a chamamos de escura porque não podemos vê-la, ela não é absorvida pelos materiais nem é refletida. Portanto, em vez de escura, poderíamos chamá-la de “transparente”. Sabemos que ela existe devido à atração gravitacional que exerce sobre as estrelas e gases no espaço, e essa atração é observável. Não sabemos se ela interage com campos eletromagnéticos, mas, se interage, esta interação deve ser muito fraca.
A matéria escura não é responsável pela expansão do Universo, nem tem nada a ver com sua aceleração. Ela é a matéria que afeta a distribuição das estrelas nas galáxias. E explica por que os objetos celestes giram muito mais rápido do que girariam de outra forma.
Energia escura, a aceleração
Não sabemos qual fenômeno físico está por trás da energia escura que causa a aceleração da expansão do Universo. Ou seja, há algo desconhecido que faz com que as galáxias se afastem umas das outras em um ritmo cada vez mais rápido.
Diferentes razões possíveis são apresentadas para explicar a energia escura, mas na maioria dos cenários ela não tem absolutamente nada a ver com matéria escura. O consenso geral, portanto, é que os dois fenômenos são completamente desconectados.
Acredita-se que a matéria escura seja uma matéria composta de partículas além do Modelo Padrão. Mas não sabemos o que seria a energia escura.
O espaço-tempo está crescendo
O que significa o fato de as galáxias estarem se afastando umas das outras?
A expansão atual do Universo não é explicada pela física newtoniana, mas pela Relatividade Geral. A expansão do Universo surge naturalmente nessa teoria como resultado de vivermos em um Universo homogêneo e isotrópico (com as mesmas propriedades em todas as direções).
Mas o que está acontecendo? As galáxias estão se afastando em um espaço predeterminado? Não, é o espaço que está crescendo. É uma ideia abstrata, nada intuitiva, mas é o que as equações da Teoria da Relatividade Geral nos dizem. Se as galáxias estivessem absolutamente paradas (elas não estão, porque se atraem mutuamente), se estivessem fixas, paradas, à medida que o Universo se expande, elas se afastariam umas das outras, porque a expansão do Universo gera espaço entre elas.
No Universo da física mais intuitiva de Newton, o espaço e o tempo são preexistentes, e é a matéria que se move dentro deles. No Universo de Einstein, o espaço e o tempo estão vivos. Eles são entidades físicas e o espaço-tempo se expande, cresce e a matéria o segue e, por sua vez, o molda. O espaço e o tempo não são preexistentes. O espaço e o tempo são dinâmicos.
Isso não é bom nem ruim: é simplesmente o que as equações nos dizem que está acontecendo.
Expansão acelerada e energia escura
Isso é o que acontece com a expansão do Universo. A expansão acelerada é outra coisa que pode ser entendida com as equações de Einstein se adicionarmos a constante cosmológica. Essa constante foi introduzida por Einstein para manter o Universo estático, mas, atualmente, a cosmologia moderna a utiliza para explicar a aceleração do Universo.
O debate atual é se essa constante cosmológica é suficiente, ou se é necessário que a energia escura evolua ao longo do tempo. Para elucidar qual desses cenários é o correto, uma boa quantidade de mapeamento do céu está em andamento, o que em breve lançará mais luz sobre a natureza desse fenômeno.
A expansão do Universo não tem nada a ver com a energia escura. A aceleração desta expansão, sim.
Matéria escura: efeito em escala local
A matéria escura é mais um componente material nas equações de Einstein. Em termos do conteúdo material do Universo, a matéria escura é o componente dominante, cerca de cinco vezes mais abundante do que a matéria comum.
A matéria escura fria, ou CDM (Cold Dark Matter) para abreviar, e a matéria observável (luas, planetas, estrelas, galáxias…) produzem um efeito de atração gravitacional, que é o efeito característico de objetos com massa. A existência de matéria escura também explica por que os objetos celestes giram muito mais rápido em torno do centro das galáxias do que se houvesse apenas matéria observável.
À medida que o Universo se expande, as galáxias estão se afastando umas das outras; se houver matéria escura, será mais difícil se afastarem umas das outras. É por isso que algumas galáxias próximas umas das outras não se afastam, porque a matéria escura fortalece a atração gravitacional local.
Mas a matéria escura só é capaz de neutralizar a expansão do Universo somente até um determinado ponto. À medida que nos distanciamos (além das escalas dos aglomerados de galáxias), as galáxias se afastam umas das outras novamente. Um exemplo próximo em que a matéria escura vence a expansão do Universo é a futura fusão de nossa galáxia com a galáxia de Andrômeda.
Andrômeda e a Via Láctea não vão se separar, embora o Universo esteja se expandindo. Graças ao seu componente de matéria escura, a força da gravidade entre elas faz com que se aproximem e, em algum momento, elas se fundirão.
E, assim, o Universo se expande sem limites, o espaço-tempo cresce em um ritmo acelerado, as galáxias se separam umas das outras e, nelas, há um componente de matéria transparente que não sabemos o que é, mas que chamamos de escura.
Tudo isso não é bom nem ruim, é simplesmente a maneira como o Universo é.
Ignacio Trujillo Cabrera recebe financiamento da ACIISI, Consejería de Economía, Conocimiento y Empleo del Gobierno de Canarias, do European Regional Development Fund (ERDF), fundo PROID2021010044, da Agencia Estatal de Investigação (AEI-MCINN) do Ministério Espanhol de Ciência e Inovação, fundo PID2022-140869NB-I00, do projeto do IAC P/302302, financiado pelo Ministério de Ciência e Inovação, através dos fundos do Estado e pelo Departamento de Economia, Conhecimento e Emprego das Ilhas Canárias através do fundo regional da comunidade autônoma.
