Profa. Maria de Fátima O. Saraiva

 

O conteúdo do universo


 
 

Energia escura

Até o final do século passado os astrônomos pensavam que a expansão do universo devia estar ocorrendo de forma desacelerada, devido à força gravitacional da matéria que o constitui. No entanto, observações recentes de supernovas em galáxias distantes mostraram o contrário, isto é, que o universo está expandindo a uma taxa acelerada: quanto mais o tempo passa, mais rápido as galáxias se afastam umas da outras. Isso levou os cientistas a pensarem que o universo pode estar dominado por uma forma de energia com pressão negativa, que atua no sentido contrário ao da gravidade, e que tem acelerado expansão do universo pelos útimos 5 bilhões de anos. Essa forma de energia é chamada "energia escura". A energia escura não deve ser confundida com matéria escura. A matéria escura, da mesma forma que a matéria normal (formada de prótons, neutrons e elétrons), possui gravidade, exercendo força de atração sobre a matéria. Ela é chamada escura porque não emite radiação eletromagnética, e portanto não pode ser detectada em nenhuma faixa do espectro eletromagnético. Já a energia escura provoca repulsão sobre a matéria. Atualmente pensa-se que a matéria normal constitui apenas 4% do universo. 23% do universo é constituído de matéria escura e 73% é constituído de energia escura. Como só conhecemos a matéria normal, 96% do universo é desconhecido para nós.
TipoPorcentagem do Universo
Energia escura73%
Matéria escura23%
Matéria normal 4%
Radiação0,005%

Veja alguns detalhes a mais sobre esses resultados, que foram obtidos pelo satélite mapeador da radição cósmica de fundo WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), aqui .

Matéria escura

As estrelas e toda a matéria dentro de uma galáxia orbitam em torno do centro da galáxia devido à atração gravitacional da matéria nela existente. Dessa maneira, estudando o movimento das estrelas e do gás se pode saber quanta matéria tem em uma galáxia. Surpreendentemente, o que se observa, é que a velocidade das estrelas e do meio interestelar dentro das galáxias é muito maior do que a esperada pela matéria luminosa existente nelas. Isso significa que deve ter mais matéria nas galáxias do que a que podemos observar pela sua radiação. A essa massa que não podemos detectar em nenhuma região do espectro eletromagnético chamamos matéria escura. Na Via Láctea, a matéria escura é 10 vezes maior do que a matéria na forma de estrelas e gás, e está concentrada em um halo que se estende muito além do disco.
Concepção artística do halo de matéria escura da Via Láctea, contendo 90% da massa da Galáxia.
A existência da matéria escura foi primeiro percebida pelo astrônomo suiço Fritz Zwiky, estudando aglomerados de galáxias. Medindo a massa dos aglomerados pelo movimento das galáxias que dele faziam parte ele verificou que essa massa era muito maior do que a massa somada das galáxias e do gás quente que permeia os aglomerados. Não se sabe o que constitui a matéria escura. Uma parte dela poderia estar na forma de planetas, anãs marrons, buracos negros e estrelas compactas, mas a quantidade desses objetos em nossa Galáxia contitui menos de 2% da massa, de forma que a matéria escura é constituída de outra coisa. Aparentemente é formada por partículas massivas que interagem pouco com a matéria normal e com a luz, já que nunca foram detectadas diretamente.
Fenômenos como o das lentes gravitacionais são causados pela matéria escura, e constituem uma das maneiras de tentar medir sua quantidade.

O futuro do universo

Sem considerar a energia escura, a evolução futura do universo depende apenas da quantidade de matéria (luminosa+escura) que ele contém. Se o universo tiver matéria suficiente para a gravidade vencer a expansão, então em uma época futura as galáxias vão parar de se separarem e vão passar a se aproximarem umas das outras à medida que o universo como um todo vai passar a encolher. Isso pode levar ao recolapso do universo, que terminará em uma grande implosão. A grande implosão pode ser seguida de um novo big bang criando um novo universo. Nesse cenário a evolução do universo pode ser um ciclo infinito iniciando com expansões violentas e terminando com grandes implosões. Se esse for o destino do universo, então vivemos em um universo recolapsante.
Um universo assim tem geometria fechada, com curvatura positiva, representada por uma superfície esférica.
Se, pelo contrário, a quantidade de matéria no universo for insuficiente para a gravidade sobrepujar a expansão, esta vai continuar para sempre, com taxa de expansão aproximadamente constante. As galáxias irão se afastando cada vez mais entre si até umas saírem do campo de visão das outras. O universo continuará a crescer enquanto gerações e gerações de estrelas nascem e morrem até não ter mais nenhuma estrela no céu. O universo terminaria num estado enorme, vazio, frio e escuro. Um universo assim tem geometria aberta, com curvatura negativa, representada por uma sela de cavalo .
Um caso limite entre o universo aberto e o universo fechado é o universo plano, com curvatura nula. Um universo plano corresponde a uma densidade de matéria-energia no universo exatamente igual a um valor chamado de densidade críatica. O destino do universo assim é se expandir para sempre, mas com a taxa de expansão tendendo a zero.
O final seria o mesmo do universo aberto, só que levaria um tempo infinito para chegar ao estado final. Essa geometria é representada por uma superfície plana.

Atualmente os cosmologistas têm encontrado evidências de que a densidade de matéria-energia no universo tem um valor igual ao da densidade crítica, que corresponde a um universo plano. No entanto a maior componente dessa densidade (73%) é a energia escura, que atualmente tem provocado a expansão acelerada. Os astrônomos então consideram uma quarta possibilidade para o futuro do universo, o de que ele vai se expandir aceleradamente para sempre.
Se a força repulsiva da energia escura continuar dominando sobre a força atrativa da gravidade, então o universo se expandirá cada vez mais rápido, fazendo com que galáxias e tudo que tem nelas, incluindo estrelas, planetas e os próprios átomos acabem destroçados numa final catastrófico, batizado de grande estilhaçamento

Possíveis cenários para a expansão (e possivelmente contração do universo. ). A curva vermelha representa o universo sem energia escura e com densidade de matéria maior do que a densidade crítica, que termina em uma grande implosão (universo fechado, recolapsante). A curva verde representa um universo sem energia e com densidade igual à densidade crítica, que se expande para sempre com taxa de expansão tendendo a zero (universo plano, ou crítico). A curva azul representa um universo sem energia escura e com densidade de matéria menor do que a densidade critica, que se expande para sempre embora cada vez mais devagar (universo aberto, com taxa de expansão constante). A curva laranja representa um universo dominado pela energia escura, o qual se expande aceleradamente tendendo ao grande estilhaçamento.




Fontes: