O que são matéria e energia escura?

Matéria Escura 

A matéria escura é o nome dado a substância desconhecida que só é captada através da atração gravitacional que a mesma exerce sobre os demais corpos celestes perceptíveis, trata-se tão somente de uma nomenclatura criada para que essa categoria ainda pouco compreendida pela Cosmologia  se torne mais real, passível de ser conhecida. Ela foi proposta inicialmente nos anos 1930 por Fritz Zwicky para explicar a diferença entre a massa gravitacional e a massa luminosa de aglomerados de galáxias (Fritz Zwicky estava trabalhando com curvas de rotação de galáxias).

A matéria escura só pode ser examinada indiretamente, através das consequências de sua atuação sobre os objetos visíveis que ocupam o espaço sideral. Sabe-se, por meio do modelo padrão criado pelos pesquisadores, o Lambda-CDM, que a matéria escura é privada de calor. Ela ocupa aproximadamente 23% da densidade energética do Cosmos, enquanto a energia escura é responsável por 73% do espaço restante; os outros 4% são constituídos por matéria bariônica.

Os cientistas, no levantamento cuidadoso dos corpos que transitam pelo Universo, na mensuração de suas distâncias e no ato de lhes conferir massa própria, concebem a presença da matéria escura através de vários e distintos métodos astrofísicos, os quais partem de diferentes técnicas empíricas. Alguns destes sistemas são as curvas de rotação planas de galáxias, o emprego do teorema do virial – cálculo de energia cinética – a aglutinações de galáxias, entre outros.

Há alguns pretendentes, na opinião dos pesquisadores, a serem catalogados como matéria escura, entre eles os áxions, partícula elementar apenas supostamente existente; os neutrinos improdutivos e as WIMPs ou weak interacting massivo parcticle  – corpúsculos que se relacionam muito pouco. Também existe a possibilidade de que parte da matéria bariônica, ou seja, a mais comum em nossa existência, constituída principalmente por bárion – popularmente conhecido como prótons e nêutrons, partículas subatômicas compostas por três quarks -, também constitua parte da matéria escura, na forma de objetos maciços, uma vez que eles enviam poucos impulsos radiativos.

Várias teorias predizem a existência da matéria escura. Por exemplo, a Teoria Inflacionária do Universo acredita que o Cosmos possui uma alta densidade, a qual só pode ser explicada se houver matéria escura no espaço sideral. Alguns crêem que esta matéria é configurada por corpúsculos, outros que ela é composta por buracos negros, u por astros de mínima radiação luminosa. Desde os anos 30 os astrônomos se ocupam da presença da matéria escura no Universo.

Energia Escura

A energia escura constitui 73%. Albert Einstein foi a primeira pessoa a perceber que o espaço vazio não é tão vazio. O espaço tem propriedades surpreendentes, muitas das quais estão apenas começando a serem entendidas. A primeira propriedade que Einstein descobriu é que é possível que mais espaço para vir à existência. Em seguida, uma versão da teoria da gravidade de Einstein, a versão que contém uma constante cosmológica, faz uma segunda previsão:o "espaço vazio" pode possuir sua própria energia. Porque esta energia é uma propriedade do próprio espaço, ela não iria ser diluída quando o  espaço expandir. Quanto mais espaço passa a existir, mais desta energia de falta de espaço iria aparecer. Como resultado, esta forma de energia faria com que o Universo se expandisse cada vez mais rápido.

Este tipo de energia é chamada de “escura” porque deve interagir muito fracamente com a matéria, como a matéria escura. Se descobrirmos o que é, podemos então trocar o nome para algo menos misterioso.

Com o estabelecimento do modelo cosmológico do Big Bang, acreditava-se que a expansão inicial de 13,7 bilhões de anos atrás estaria diminuindo com o tempo, mas duas equipes de pesquisadores independentes descobriram em 1998 que a expansão estava acelerando.

A aceleração é determinada pela medida dos tamanhos relativos do universo em diferentes eras. De uma forma específica, os astrônomos medem o redshift ou desvio para o vermelho do espectro e a distância da luminosidade de explosões estelares chamadas supernovas tipo 1a.

O tempo que a luz da supernova leva para chegar aos telescópios é descoberto examinando a distância da luminosidade, enquanto a mudança do tamanho do universo entre a explosão e a observação é determinada pelo desvio para o vermelho. Uma comparação destes tamanhos em uma sequência de tempo revela que o universo está crescendo cada vez mais rápido. Desde esta descoberta, os equipamentos ficaram mais sensíveis e os dados foram confirmados pela medição de outros fenômenos cosmológicos.

A teoria da relatividade prevê que a aceleração cósmica é determinada pela densidade média de energia e pressão de todas as formas de matéria e energia no universo. Só que as quantidades da matéria normal, da energia normal, e da matéria escura não respondem pela densidade de energia necessária para a aceleração – tem que ser outra coisa.

Uma das hipóteses mais aceitas é que o universo é preenchido por um mar de energia quântica de ponto zero, que exerce uma pressão negativa, como uma tensão, fazendo com que o espaço-tempo sofra uma repulsão gravitacional. É a chamada constante cosmológica, introduzida por Einsten em outro contexto (e referida por ele como seu maior erro).

A energia escura é responsável pela aceleração cósmica e dela depende o julgamento da constante cosmológica de Einstein, uma possível compreensão da teoria fundamental da natureza (gravidade quântica e o estado quântico do universo), e o destino do universo (Big Chill ou Big Rip?)

Talvez brevemente, quanto os cientistas finalmente desenvolverem uma teoria que une a gravitação com a mecânica quântica (gravitação quântica) ou até mesmo uma nova teoria da gravidade e claro, com ajuda da futura tecnologia, finalmente saberemos o que constitui a matéria e a energia escura, que são os maiores mistérios do Universo.

Fonte: HypeScience, Matéria Escura, wiki, Heu, Science Nasa, Mistérios do Universo.