ENTENDA O NOBEL DE FÍSICA DE 2011

Saiba, primeiro, sobre matéria escura e energia escura

Saul Perlmutter, Brian Schmiddt e Adam Riess

A matéria luminosa do Universo - que "vemos" porque emite radiação eletromagnética, a saber, luz, ondas de rádio, raios X e raios gama - é uma fração insignificante do seu conteúdo total, este sobretudo constituído de “matéria escura” e de “energia escura”, das quais ainda se conhece muito pouco.

Matéria escura

Foi descoberta a partir de 1930, quando o astrônomo suíço Fritz Zwick notou que as galáxias do aglomerado de Coma moviam-se muito rapidamente, o que era incompatível com as leis de Newton.

- Algo estranho... A velocidade excessiva do movimento deveria desmanchar o aglomerado, declarou Zwick.

Em 1962 a astrônoma Vera Rubin observou que a Via Láctea girava tão rapidamente que, se não houvesse uma força agrupadora, deveria desintegrar-se imediatamente. Era a mesma conclusão de Zwick, mas agora em relação à nossa própria galáxia.

- Como a desintegração não ocorre, pelas leis de Newton nossa galáxia teria de ser dez vezes mais pesada do que se supõe.

A própria Vera Rubin, prosseguindo nas suas observações, percebeu o mesmo comportamento em outras onze galáxias, segundo trabalho publicado em 1978; nesse mesmo ano, o radioastrônomo holandês Albert Bosma reportou um comportamento análogo em dezenas de outras galáxias.

-Um verdadeiro paradoxo, que ficou conhecido como "the galaxy rotation problem", pois as galáxias estariam a girar de maneira conflitante com as leis da Física.

Vera C. Rubin

Girando muito depressa, como pode?

Para explicar essa anomalia, chegou a ser proposta uma "dinâmica newtoniana modificada" (MOND), que não prosperou. A explicação hoje aceita pelos cientistas é a de que há uma matéria invisível no entorno das galáxias, a "matéria escura", dez vezes mais pesada do que as próprias estrelas, e cuja intensa gravidade explica o comportamento acelerado de cada galáxia.

-Invisível, porque escura, e escura porque não interage com a luz.

Uma hipótese é, de fato, que a matéria escura seja formada por estrelas marrons, estrelas de nêutrons, buracos negros e outras estruturas invisíveis, constituídas de nêutrons e prótons (“matéria bariônica”), mas há os que afirmam tratar-se de neutrinos (matéria não-bariônica) muito quentes.
A matéria escura pode ser medida pela maneira por que faz curvar a luz das estrelas, como consequência da sua gravidade. Muito recentemente, foram elaborados mapas de distribuição da matéria escura no Universo, tomando por base as fotografias colhidas pelo telescópio espacial Hubble, em 1998. Segundo esses estudos, a matéria escura compõe 23 % do conteúdo total de matéria e energia do Universo.

Energia escura

Telescópio Hubble

Por outro lado, a observação distante, que permite ver os corpos celestes como eram bilhões de anos atrás, conduziu à descoberta de energia escura. Além de matéria escura, há também energia escura! De fato, o telescópio espacial Hubble, em 1998, observou as supernovas (explosões de estrelas em sua fase terminal) que existiram no Universo primordial, o que levou à descoberta de que o Universo no passado remoto se expandia menos do que atualmente.

- Ou seja, o Universo está se acelerando! Todos pensavam que estava se desacelerando!

A concepção de que o Universo estaria se desacelerando era atribuída à ação da gravidade, atuando em caráter exclusivo, com os corpos celestes a se atraírem e freiando a expansão.
Mas agora, depois de 1998, foi necessário ressuscitar a constante cosmológica de Einstein. Conforme proposta, a constante cosmológica seria uma pressão inerente ao espaço, uma energia do vácuo, desprezável em distâncias curtas, mas significativa nas imensas distâncias do Universo, capaz de neutralizar a gravidade e de ser por esta neutralizada; por isso o Universo haveria de ser estático, como supunha Einstein, no início da discussão.

- Para Einstein, força de expansão = força de atração.

Viva a constante cosmológica!

Nos anos 1930, quando se provou que o Universo não era estático, mas que se expandia, é que se supôs que a expansão do Universo estava se desacelerando, com base nas concepções de Friedmann. Decretou-se a falência da constante cosmológica, quando Einstein declarou:

- A constante cosmológica foi o maior erro da minha vida...

Pois bem, a aceleração do Universo, como observado em 1998, traz de volta a constante cosmológica. Não como Einstein imaginou, apenas capaz de contabalançar a gravidade, mas com muito mais poder e importância: passou-se a admitir uma energia de vácuo que justifica a aceleração do Universo.

- Enfatizando: força de expansão maior que força de atração, por causa de uma constante cosmológica maior do que a sugerida por Einstein.

- Ou seja, uma volta triunfal da constante cosmológica, depois de décadas de ostracismo.

A energia da constante cosmológica, que é a energia do espaço vazio, corresponde exatamente ao que se chama de "energia escura", cuja quantidade total é proporcional ao volume do Universo. Os cálculos dos cientistas indicam que a energia escura compõe 73 % de toda a matéria e energia do Universo.

Uma vida muito acelerada

Em resumo

(a) A matéria escura explica a velocidade de rotação das galáxias. A matéria responde por 27 por cento do conteúdo do Universo, sendo 23 por cento de matéria escura e apenas 4 por cento de matéria convencional (matéria visível e matéria iluminada).

(b) A energia escura explica a aceleração do Universo. Responde por 73 por cento do conteúdo do Universo.

Prêmio Nobel de Física de 2011

Pelos estudos que comprovararam a aceleração do Universo pela ação da energia escura, três cientistas dividiram o Prêmio Nobel de Física de 2011: Saul Perlmutter, do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley e da Universidade da Califórnia, Brian Schmidt, do Universidade Nacional Australiana, e Adam Riess, da Universidade Johns Hopkins, situada em Baltimore, Maryland.