Astrônomos e físicos, através de observações cosmológicas e astronômicas, hoje sabem que planetas, estrelas, galáxias e todas as coisas detectáveis no universo somam apenas 4% do total da matéria e energia contida nele. Estas observações indicam que a maior parte do universo é feita de “substâncias” invisíveis, isto é, que não emitem nem refletem radiação eletromagnética e por isso, não podem ser detectadas por telescópios ou outros instrumentos. Elas só podem ser detectadas pelos efeitos gravitacionais que provocam. Estas substâncias misteriosas são chamadas de “Matéria Escura” e “Energia Escura”.
Na década de 1970 vários outros astrônomos, incluindo Vera Rubin, astrônoma que trabalhou com observações na galáxia vizinha Andrômeda, fizeram inúmeras observações que corroboraram o resultado anterior. A figura abaixo ilustra a técnica utilizada para calcular a massa de galáxias espirais através da velocidade de rotação
A velocidade de rotação v pode ser determinada através de observações espectroscópicas, G é a constante gravitacional, r é o raio e M a massa da galáxia.
Somente a existência de uma forma de matéria que não emite e nem interage com a radiação eletromagnética poderia justificar as discrepâncias encontradas. Esta matéria ficou conhecida como Matéria Escura.
No final da década de 1920, o astrônomo Edwin Hubble observando velocidades de afastamento e distâncias de galáxias, descobriu que quanto mais distante se encontrava a galáxia maior sua velocidade. Na verdade, ele havia descoberto uma relação linear entre velocidades de afastamento e distâncias e que o universo está em expansão. A figura abaixo é um gráfico de velocidade por distância para algumas galáxias feitas pelo Telescópio Espacial Hubble.
Neste gráfico, os pontos representam galáxias e a linha verde é a reta média de ajuste dos dados. A constante de proporcionalidade, que é uma medida da taxa de expansão do universo, é conhecida como “Constante de Hubble”. O ajuste indica uma taxa de expansão de 70 km/s/Megaparsec (1parsec = 3.26 anos-luz).
Em 1998, três grupos de astrônomos, dois da Universidade de Cambridge e um do telescópio espacial Hubble, observando supernovas em galáxias muito distantes, descobriram que as distâncias determinadas através do brilho aparente destas supernovas apresentavam valores maiores que os medidos pelo desvio para o vermelho das galáxias onde se localizavam. De início acharam que haviam cometido algum erro na redução dos dados computados e gastaram um bom tempo procurando a causa do possível erro. Mas, as observações estavam corretas. Os resultados os levaram a uma conclusão surpreendente: o Universo se encontra em expansão acelerada.
A justificativa plausível para esta aceleração se encontraria na existência de uma “força” que estaria estimulando esta expansão em contraponto à força gravitacional que é puramente atrativa. A origem desta “força” estaria numa “energia” exótica então denominada Energia Escura, termo cunhado pelo cosmólogo Michael Turner.
A natureza tanto da matéria escura quanto da energia escura ainda é desconhecida.
Hoje, as estimativas indicam que a energia escura contribui com cerca de 75% da energia do Universo. A matéria escura, por sua vez é responsável por aproximadamente 21% da distribuição total de matéria e energia. Somente a matéria normal pode ser detectada por telescópios e cerca de 85% dela é o gás quente que existe no meio intergaláctico, o restante são estrelas, planetas, etc. O diagrama abaixo ilustra esta distribuição.
Adaptado de NASA/CXC/M. WeissNos artigos seguintes abordaremos as evidências, as recentes descobertas e as tendências das pesquisas acerca destas duas misteriosas componentes do Universo.
Túlio Jorge dos Santos é professor do Departamento de Física da Universidade Federal de Minas Gerais e astrônomo do Observatório Astronômico Frei Rosário desta universidade.
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