Onde está o resto do Universo?

A matéria escura foi levantada a hipótese pela primeira vez em 1930, quando o astrônomo suíço Fritz Zwicky percebeu que suas medições das massas dos aglomerados de galáxias mostrou alguma da massa no universo foi “perdido”. O que quer que estava fazendo galáxias mais pesado, não emitem qualquer luz, nem interagir com qualquer outra coisa a não ser através de gravidade .

Vera Rubin, na década de 1970, descobriu que a rotação de galáxias não estava seguindo as previsões de Leis de Newton ; as estrelas em galáxias (nomeadamente Andromeda) tudo parecia estar orbitando o centro com a mesma velocidade, em vez de as mais distantes, se movendo mais lentamente à medida que as teorias da gravidade disse que deveriam.Claramente, alguma coisa estava adição de massa para as partes externas das galáxias, algo que ninguém podia ver. 

Outras evidências vieram de lente gravitacional, que ocorre quando a gravidade de um objeto grande dobra as ondas de luz em torno desse objeto. Por teoria da relatividade geral de Albert Einstein , a gravidade curva o espaço (como um lutador de sumô pode deformar o tapete, ele está em pé), raios tão leve curva em torno de objetos massivos, embora a própria luz é sem massa. Observações indicaram que não havia massa visível o suficiente para dobrar a luz por tanto como ele estava curvado em torno de certos aglomerados de galáxias – em outras palavras, as galáxias eram mais maciça do que deveriam ser.

Depois, há o fundo cósmico de microondas (CMB), o “eco” do Big Bang, e supernovas. “O que a CMB diz é que o universo é espacialmente plano”, disse Jason Kumar, professor de física na Universidade do Havaí.”Espacialmente plano” significa que se você fosse para desenhar duas linhas em todo o universo, eles nunca se encontram, mesmo que essas linhas eram de um bilhão de anos-luz de diâmetro. Em um universo íngreme curva, essas linhas se encontrariam em algum ponto no espaço.

Pesquisadores calcularam então a quantidade de matéria do universo deve ter para ser plana e produzir a quantidade de matéria normal (também chamados bárions ) observada no universo.

 “Pergunto-me ‘, é a quantidade de matéria que eu tenho igual a matéria bariônica, e não é”, disse Kumar.  

Há agora pequena disputa entre os cosmólogos e astrônomos que existe matéria escura. No entanto, parece não afetado pela luz, e não é cobrado como os elétrons ou prótons são. Até agora tem escapado da detecção direta.

 “Esse é o tipo de mistério”, disse Kumar. Há pode maneiras cientistas tentaram “ver” a matéria escura – quer através da sua interacção com a matéria normal ou à procura de partículas de matéria escura que podem tornar-se. “Essas experiências estão indo para manter a ficar melhor, e não parecem ter qualquer soluços medida em que eles vão para melhores detectores.”

O que nós sabemos que não é

Uma série de teorias vêm e vão como para o que é a matéria escura . Um dos primeiros foi bastante lógico: O assunto foi escondido dentro de enormes astrofísicos objetos compactos halo ou MACHOs, tais como estrelas de nêutrons, buracos negros, as anãs castanhas e planetas desonestos. Eles não emitem luz (ou eles emitem muito pouco), então eles são efetivamente invisíveis aos telescópios. 

No entanto, levantamentos de galáxias à procura de pequenas distorções na luz de estrelas de fundo produzidas por uma passagem MACHO por – chamados eventos de microlente – não poderia explicar a quantidade de matéria escura em torno das galáxias, ou mesmo uma parte significativa do mesmo. “MACHOs parecem tão excluída como nunca”, disse Dan Hooper, um cientista associado do Laboratório do Acelerador Nacional Fermi, em Illinois.

A matéria escura não parecem ser nuvens de gás que telescópios não iria ver, também. gás difuso que absorvem a luz das galáxias mais distantes, e em cima disso, o gás ordinária reemitem radiação em comprimentos de onda mais longos – que haveria uma radiação maciça de luz infravermelha no céu. Desde que não ocorre podemos descartar essa possibilidade, bem como, disse Kumar.

Partícula massiva que interage fracamente, ou WIMPs, são alguns dos mais fortes concorrentes para explicar a matéria escura. WIMPs são partículas pesadas – cerca de 10 a 100 vezes mais pesado do que um próton – que foram produzidos durante o Big Bang, embora apenas pequenas quantidades são deixados hoje. Estas partículas interagem com a matéria normal por gravidade ou a força nuclear fraca. WIMPs mais maciças iria mover mais lentamente através do espaço, e, portanto, ser “frios” candidatos de matéria escura, enquanto que os mais leves iria se mover mais rápido, e ser matéria escura “quente”.

Uma maneira de encontrá-los é em experimentos “de detecção direta”, como o Experimento de Grande Metro Xenon (LUX), que é um recipiente de xenon líquido em uma mina de Dakota do Sul. Se um núcleo xenon parece “saltar” sem nenhuma explicação, isso seria um candidato para ser atingido com uma partícula de matéria escura. A magnitude do salto daria uma idéia da massa da nova partícula. Mas Hooper disse que LUX não viu nada ainda .

Outra maneira de ver as WIMPs pode ser aceleradores de partículas.aceleradores de dentro, núcleos atômicos colidem entre perto da velocidade da luz, e, no processo que a energia da colisão é transformado em outras partículas, algumas novas para a ciência. Até agora, porém, os aceleradores de partículas não ter detectado qualquer coisa que se parece com um candidato a matéria escura, também.

Os resultados de ambos detecção direta de partículas e aceleradores, no entanto, ter colocado limites no tamanho e massa desta hipotética partícula de matéria escura, disse Kumar. A sensibilidade do LUX é até 200 MeV, ou cerca de um quinto da massa de um próton, e poderia teoricamente ver partículas pesadas como 1 TeV, que é comparável a alguns tipos de quarks . Desde LUX não vi nada até agora, que poderia muito bem dizer que a matéria escura não é nesse intervalo.

Kumar disse que é possível que WIMPs são realmente pesado, e porque eles são tão maciça simplesmente não há que muitos deles, ou seja, a chance que eles vão bater um átomo de xenon é pequena. 

Outra possibilidade: axions . Estas partículas subatômicas podem ser detectados indiretamente pelos tipos de radiação que emitem como elas se aniquilam ou como eles se decompõem em outros tipos de partículas, ou aparecem em aceleradores de partículas. No entanto, não houve qualquer evidência direta de axions, qualquer um.

Desde a detecção, lentos partículas pesadas “frios”, como WIMPs ou axions, não produziu resultados, no entanto, alguns cientistas estão olhando para a possibilidade de, partículas mais leves mais rápido em movimento, que eles chamam de matéria escura “quente”. Tem havido um interesse renovado em tal modelo de matéria escura depois que cientistas encontraram evidências de uma partícula desconhecida, usando o Observatório de Raios-X Chandra, no cluster Perseus, um grupo de galáxias cerca de 250 milhões de anos-luz da Terra. Os íons conhecidos desse cluster produzir certas linhas de emissão de raios-X, e, em 2014, os cientistas viram uma nova “linha” que pode corresponder a uma partícula leve desconhecida, Nicola Menci, astrofísico do Instituto Nacional da Itália de Astrofísica (INAF), disse Ciência Viva em um email.

Se as partículas de matéria escura são leves, os cientistas vão ter um tempo difícil detectá-los diretamente, disse Tracy Slatyer, físico do MIT.Slatyer propôs novos tipos de partículas que podem tornar-se matéria escura.

“A matéria escura com [a] de massa inferior a cerca de 1 GeV é realmente difícil de detectar, com experimentos de detecção diretos convencionais, porque eles trabalham por olhar para os recuos inexplicáveis de núcleos atômicos … mas quando a matéria escura é muito mais leve do que o núcleo atômico , o energia de recuo é muito pequena “, disse Slatyer.Prótons – um núcleo de hidrogênio – não pode ser qualquer mais leve do que cerca de 938 MeV, então uma partícula que pesa na faixa keV seria 1.000 vezes mais leve. “Pense uma bola quicando de pingue-pongue fora de uma bola de boliche; a bola de boliche não se move muito”, disse ela.

Slatyer disse que há muita pesquisa a ser feito sobre a forma de encontrar partículas de matéria escura se os métodos atuais não. Usando”superfluido” hélio líquidos , semicondutores e até mesmo quebra de ligações químicas em cristais, estão entre as idéias que estão sendo flutuavam.

Kumar disse que uma razão a matéria escura é tão misteriosa é precisamente que os físicos acham que entendem, até certo ponto, como o nucleossíntese do Big Bang – as origens da matéria – trabalhou. O Modelo Padrão, que previu o bóson de Higgs , tem sido muito bem sucedida até agora, a menos que todos eles foram realmente errado sobre algo fundamental que é estranho que ninguém conseguiu detectar uma partícula de matéria escura ainda.

Se, por exemplo, partículas de matéria escura são muito diferentes do que muitos modelos actuais prevêem, é possível que os aceleradores de partículas não teria visto. Aceleradores, como o Large Hadron Collider são melhores em ver as coisas que interagem com a força nuclear forte, que decair em outras partículas.

“Se essa é a forma como a sua matéria escura funciona que é uma grande máquina para encontrá-lo”, disse ele. “Mas se não houver uma partícula mais pesada como esse é mais difícil.” 

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