Matéria escura é uma substância misteriosa não luminosa que constitui a grande maioria da matéria do universo. Embora os especialistas tenham observado os efeitos gravitacionais da matéria escura durante décadas, os cientistas permanecem perplexos quanto à sua verdadeira natureza.

Quem descobriu a matéria escura?

No final do século XIX, os astrónomos começaram a especular sobre a matéria invisível – ou estrelas escuras ou gás e poeira, espalhados por todo o Universo. Os pesquisadores tinham até começado a estimar sua massa, de acordo com uma revisão de 2018 na revista Reviews of Modern Physics. A maioria pensava que esta substância misteriosa era um componente menor da massa total no cosmos.

Não foi até 1933 que o astrônomo suíço-americano Fritz Zwicky notou que galáxias distantes estavam girando umas em torno das outras muito mais rápido do que deveria ser possível dada a sua matéria visível vista em telescópios. “Se isso fosse confirmado, teríamos o surpreendente resultado de que a matéria escura está presente em muito maior quantidade do que a luminosa”, escreveu ele em um artigo publicado na revista Helvetica Physica Acta naquele ano.

Mas muitos no campo permaneceram céticos quanto aos resultados de Zwicky até os anos 70, quando os astrônomos Kent Ford e Vera Rubin fizeram estudos detalhados das estrelas nas regiões externas da vizinha galáxia Andrómeda. Estas estrelas estavam orbitando o núcleo galáctico muito rapidamente, quase como se algum material invisível estivesse gravitando nelas e empurrando-as – um cientista observador logo notou em galáxias por todo o universo.

Os pesquisadores não tinham idéia do que consistia essa massa invisível, com alguns astrônomos especulando que a matéria escura era feita de pequenos buracos negros ou outros objetos compactos que emitiam muito pouca luz para aparecer em telescópios. Os resultados ficaram ainda mais estranhos nos anos 90, quando um telescópio espacial chamado Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) mostrou que esta matéria escura superava em cinco para um a matéria visível comum, de acordo com a NASA.

Por que a matéria escura permanece um mistério

Os levantamentos telescópicos nunca foram capazes de encontrar objetos pequenos e compactos o suficiente para explicar esta enorme profusão de material. A maioria dos astrônomos modernos pensa que a matéria escura provavelmente consiste de partículas subatômicas com propriedades bastante diferentes dos prótons e nêutrons mais familiares.

O candidato reinante para a matéria escura é chamado de Partícula Massiva Fraca Interagente ou WIMP. Estas entidades especulativas não são encontradas no Modelo Padrão da Física de Partículas, que descreve quase todas as partículas e forças. Os WIMPs seriam mais semelhantes ao neutrino fantasmagórico, só que pesariam 10 a 100 vezes mais do que um próton. (As massas exatas dos neutrinos são desconhecidas, mas são muito mais leves que os elétrons).

Como os neutrinos, os WIMPs só interagiriam com duas das quatro forças fundamentais do universo: A gravidade e a força nuclear fraca, que medeia o decaimento dos núcleos atómicos radioactivos. Estas partículas de matéria escura seriam eletricamente neutras, o que significa que não interagiriam com o eletromagnetismo, a base da luz, e portanto permaneceriam invisíveis.

Físicos construíram enormes detectores e os colocaram no subsolo para protegê-los de interferências de raios cósmicos nos esforços para detectar WIMPs, mas até agora nenhuma experiência descobriu evidências para eles. Nos últimos anos, esta falha levou alguns no campo a começarem a se perguntar se eles se dirigiram para uma perseguição de partículas selvagens sem um fim real.

Alguns cientistas estão, portanto, voltando sua atenção para um novo candidato à matéria negra chamado axiônio, que seria um milionésimo ou mesmo um bilionésimo da massa de um elétron, relataram os Anais da Academia Nacional de Ciências. Estas hipotéticas partículas são particularmente atraentes para os investigadores porque também poderiam resolver outro problema pendente na física, potencialmente interagindo com os neutrões para explicar porque podem sentir campos magnéticos, mas não os eléctricos.

Em Junho de 2020, membros da experiência XENON1T baseada no Laboratório Nacional Gran Sasso na Itália, um detector originalmente construído para tentar capturar WIMPs, anunciaram que tinham encontrado um pequeno mas inesperado sinal que poderia ser explicado pela presença de axions. Os resultados chocaram a comunidade científica, mas ainda têm de ser confirmados por outras experiências.

A matéria negra é mesmo real?

Isto significa que os investigadores ainda estão a coçar a cabeça sobre o que é a matéria negra. Alguns teóricos têm se perguntado se existe todo um setor escuro do universo, com múltiplas partículas e até mesmo forças escuras que só afetam a matéria escura, semelhante à complexidade subatômica vista no cosmos visível.

Ao mesmo tempo, uma minoria de cientistas acredita que a matéria escura é uma miragem. Eles subscrevem uma idéia conhecida como versão modificada da inércia, ou MOND, que conjecturas que em grandes escalas a gravidade age de forma diferente do esperado e isto explica as rotações observadas das estrelas e galáxias. Mas a maioria dos especialistas não está convencida da necessidade de se afastar tão radicalmente da física conhecida, o que também exigiria modificações na nossa compreensão de grandes partes da realidade.

A matéria negra não é, para conhecimento de ninguém, ligada à energia negra, outro misterioso fenómeno responsável por acelerar a expansão do cosmos. Os dois simplesmente compartilham a palavra “escuridão”, que é muitas vezes usada como um lugar reservado pelos cientistas para coisas que eles não entendem completamente.