A vida baseada na matéria escura é possível?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificação: 2023-12-16 16:14

A grande maioria da massa em nosso Universo é invisível. E já há algum tempo, os físicos vêm tentando entender o que é essa massa indescritível. Se for feito de partículas, a esperança é que o Grande Colisor de Hádrons possa produzir uma partícula de matéria escura, ou o telescópio espacial verá uma assinatura eloquente de raios gama de colisões de matéria escura. Até agora, não há nada. E esse problema faz com que os físicos teóricos reflitam sobre novas ideias.

Em 2017, a renomada física teórica Lisa Randall investigou uma das possibilidades mais incríveis da matéria escura. Hipotético, é claro. Em vez de tratar a matéria escura como um tipo particular de partícula, ela presumiu que a matéria escura poderia ser composta de uma família inteira de partículas que formam estrelas escuras, galáxias escuras, planetas escuros e possivelmente vida escura. A química do universo escuro pode ser tão rica e variada quanto nossa própria "química regular". Mas nem tudo é tão simples.

O problema da matéria escura

Nosso Universo é um lugar incrível, embora incompreensível.

Nas últimas décadas, percebemos que 84,5% da matéria do Universo não pode ser vista. Dado seu apelido um tanto estranho de "matéria escura", esta substância está em um estado no qual não interage com a matéria "normal". Como a energia escura, essas coisas são “escuras” porque não as entendemos.

Se houver um pedaço de matéria escura em minha mesa agora, nunca saberei. Um pedaço de matéria escura em geral, como tal, não pode ficar na minha mesa. Ele cairá pela mesa, e o chão e a crosta terrestre se precipitarão para o poço gravitacional no centro de nosso planeta. Ou desaparecerá no espaço de uma forma incompreensível. A matéria escura interage tão fracamente com qualquer coisa que esta peça simplesmente cairá através da matéria comum, como se ela não existisse.

Em pequena escala, a manifestação gravitacional da matéria escura é desprezível, mas em distâncias cosmológicas a presença de matéria escura é definitivamente sentida - ela pode ser observada indiretamente por seu efeito gravitacional nos aglomerados de galáxias e seu efeito na rotação das galáxias. Sabemos que existe, simplesmente não o vemos.

E não sabemos o que é, só podemos adivinhar

A matéria comum - também conhecida como matéria bariônica - interage por meio de forças eletromagnéticas, gravitacionais, fortes e fracas. Essas forças transferem energia e dão estrutura a toda a matéria. A matéria escura, por outro lado, é geralmente vista como uma nuvem amorfa de "matéria" que não pode interagir por meio de forças eletromagnéticas, fracas ou fortes. Portanto, presume-se que a matéria escura é "não bariônica". A matéria não bariônica pode revelar sua presença apenas gravitacionalmente.

O principal candidato na busca por matéria escura é o WIMP, uma partícula massiva de interação fraca. Como o nome WIMP sugere, essa partícula hipotética não interage com a matéria normal - portanto, não é bariônica.

Modelos cosmológicos estabelecidos prevêem que a matéria escura - seja na forma de WIMPs ou "axions", por exemplo - dota nosso Universo de estrutura e é geralmente chamada de forma simplista de "cola" que mantém nosso Universo como um todo.

Observando a rotação das galáxias, a astrônoma Vera Rubin notou que a maior parte da matéria nas galáxias não é observável. Apenas uma pequena porcentagem é visível - estrelas, gás e poeira; o resto se esconde em um halo enorme, mas invisível de matéria escura. É como se nossa galáxia visível de matéria comum fosse apenas um capô em uma enorme roda de matéria escura que se estende muito além do que podemos ver.

Em um artigo publicado recentemente (2013), Randall e seus colegas apresentaram uma forma mais complexa de matéria escura. Segundo eles, o halo de matéria escura de nossa galáxia não consiste em apenas um tipo de massa amorfa de matéria não bariônica.

“Parece muito estranho supor que toda a matéria escura é composta de apenas um tipo de partícula”, escreve Randall. "Um cientista imparcial não deve permitir que a matéria escura seja tão diversa quanto nossa matéria normal."

Um rico "universo de sombras"?

Assim como nosso universo visível é governado pelo Modelo Padrão da física - uma família comprovada de partículas (incluindo o infame bóson de Higgs) e forças, poderia um modelo rico e variado de partículas e forças de matéria escura funcionar em um halo galáctico escuro?

Esta pesquisa segue a lógica de assumir uma rica variedade de física desconhecida no setor escuro do universo - vamos chamá-lo de "universo das sombras" - que existe paralelamente ao nosso e tem todas as complexidades que o nosso universo visível tem a oferecer.

Os astrofísicos já haviam sugerido que "estrelas escuras" - estrelas feitas de matéria escura - podem existir em nosso universo antigo até hoje. Nesse caso, argumenta Randall, talvez "planetas escuros" pudessem se formar. E se houver uma família de partículas de matéria escura controladas por forças desdobradas no setor escuro, isso poderia levar ao surgimento de uma química complexa? E para a vida?

No entanto, se houver vida “escura” ou “sombria” paralela ao nosso universo, você pode esquecer que podemos detectá-la.

A vida na sombra permanecerá nas sombras

Parece tentador usar essa hipótese para explicar todos os mistérios cotidianos ou mesmo afirmações paranormais que a ciência não pode contestar ou apoiar. E se “fantasmas” ou inexplicáveis “luzes no céu” forem as travessuras de criaturas sombrias que vivem por trás de tudo?

Embora essa lógica seja adequada para um programa de TV ou filme, essas criaturas sombrias viveriam em um universo sombrio que é completamente incompatível com a matéria comum. Suas partículas e forças não teriam efeito em nosso universo. Você poderia ler essas linhas sentado no toco de uma árvore em uma floresta escura, e você nunca saberia sobre isso.

Mas, uma vez que coexistimos com este universo de sombra no mesmo espaço-tempo - sem dimensões ou multiverso desnecessários - apenas um sinal pode ser transmitido.

As ondas gravitacionais só foram descobertas em 2016, e a primeira detecção dessas ondulações no espaço-tempo foi causada pela colisão de buracos negros. Parece bem possível que as ondas gravitacionais possam ser detectadas no setor escuro, mas apenas os eventos cósmicos mais poderosos no setor escuro podem ser detectados em nossa extremidade do fio.

Em suma, quase certamente nunca provaremos a existência de criaturas fofas de matéria escura, mas Randall aponta um ponto importante. Quando consideramos a fonte da matéria escura, devemos olhar além de nossos preconceitos; o setor escuro pode ser uma família complexa de partículas e forças de matéria escura que estão além do que podemos imaginar.