Nós já ouvimos falar muito sobre Dark Matter, ou Matéria Escura. A ficção científica em geral gosta de explicar tecnologias inexistentes ligando seu funcionamento à Matéria Escura ou a elementos que teriam uma função similar a ela. Na verdade não sabemos tanta coisa assim sobre a dita, mas começo pelo que sabemos.

Existe algo no universo que desconhecemos. Ao menos, UM algo entre muitos outros, só que esse tem um nome. Esse algo exerce uma força gravitacional, e portanto o definimos como matéria, mas não emite qualquer tipo de luz e hipoteticamente não interage com outros tipos de matéria, e então a definimos como escura. Somos limitados a observar o universo a partir de nossas retinas de processamento virtualmente pífio, dependendo de instrumentos de medição que trabalhem com diversos tipos de radiação de luz para enxergar corpos e objetos presentes no céu.

Se algo não emite luz, estamos cegos, e ainda sem tecnologia que nos permita abrir os olhos. No entanto, galáxias, superclusters e muitas outras estruturas no espaço são muito mais massivas, de acordo com sua força gravitacional, do que calculamos a partir de sua massa “visível”, um cálculo complexo baseado na luz que recebemos como informação. Alguma outra coisa, invisível para nós, constituía o restante dessa massa. Quem observou isso primeiro foi Fritz Zwick, ainda nos anos 1930. Então a matéria escura está lá, escondida, não emitindo luz e permanecendo um mistério em várias formas.

E o que ela faz? Ela forma, com a Energia Escura, cerca de 95% do universo.

E isso é quase tudo que sabemos.

O universo se expande. Isso é sabido, e até algumas décadas atrás se acreditava que, independente da densidade de energia do universo estar levando a um recolapso (se for muito massiva) ou a uma expansão infinita (se for muito leve), a gravidade em teoria seria capaz de fazer isso desacelerar com o tempo. Até que o Hubble olhou para supernovas de milhões e bilhões de anos de idade e descobriu que, num passado muito distante, o universo estava se expandindo mais devagar do que agora, e não o contrário. O que provoca essa expansão? O nome é energia escura.
68% do universo é composto de energia escura, os outros 27% de matéria escura. Sabemos disso porque sabemos o efeito que essa quantidade imensa de energia tem sobre a expansão do universo. Mas como o espaço vazio adquire energia?

A teoria da relatividade enuncia que energia é igual a massa vezes a velocidade da luz ao quadrado. Massa, presume-se a princípio, da matéria escura.

E = mc

Mas Einstein tem outra teoria que se encaixa melhor nesse cenário. A teoria da gravidade de Einstein, adotada pela Relatividade Geral, propõe que a gravidade é um efeito da geometria no espaço-tempo e possui uma versão em que a fórmula conta com a chamada Constante Cosmológica, um termo que equilibra a força de atração da gravidade mas que foi abandonado por não ter nenhuma explicação para existir, mesmo que fizesse sentido dentro da fórmula. Com essa fórmula e essa constante, Einstein previa que o espaço vazio possuía sua própria energia e, ainda mais, que o universo poderia criar “mais espaço”. Quanto mais espaço, mais dessa energia seria criada, e assim haveria energia suficiente para acelerar a expansão do universo. Mas de novo, a constante cosmológica não tem explicação. Einstein poderia estar apenas meio certo. Ou é claro, completamente errado – o que mudaria praticamente toda a Física atual e nossas noções não só da expansão do universo como também do comportamento de toda a matéria conhecida.

Outra teoria para a criação de energia escura envolve física quântica da matéria, em que o espaço vazio seria composto de partículas “temporárias” que surgem e somem em seguida. Mas todos os cálculos feitos para descobrir quanta energia esse fenômeno resultaria passaram muito longe da energia necessária para a expansão do universo. Há também os que acreditam que a energia escura é uma nova forma de energia dinâmica fluida ou em outra forma, o que continua a tornando um mistério.Mas Einstein tem outra teoria que se encaixa melhor nesse cenário. A teoria da gravidade de Einstein, adotada pela Relatividade Geral, propõe que a gravidade é um efeito da geometria no espaço-tempo e possui uma versão em que a fórmula conta com a chamada Constante Cosmológica, um termo que equilibra a força de atração da gravidade mas que foi abandonado por não ter nenhuma explicação para existir, mesmo que fizesse sentido dentro da fórmula. Com essa fórmula e essa constante, Einstein previa que o espaço vazio possuía sua própria energia e, ainda mais, que o universo poderia criar “mais espaço”. Quanto mais espaço, mais dessa energia seria criada, e assim haveria energia suficiente para acelerar a expansão do universo. Mas de novo, a constante cosmológica não tem explicação. Einstein poderia estar apenas meio certo. Ou é claro, completamente errado – o que mudaria praticamente toda a Física atual e nossas noções não só da expansão do universo como também do comportamento de toda a matéria conhecida.

Buracos negros são pouco provavelmente feitos de matéria escura, porque não somariam a massa necessária para formar 20 e tantos porcento do nosso universo.

No entanto, um buraco negro é formado de matéria – muita matéria, os restos de uma estrela massiva no fim de sua vida comprimidos numa área muito pequena para contê-la, resultando num campo gravitacional de força tamanha que nem mesmo a luz pode escapar, formando o dito buraco sem luz e distorcendo a luz em sua volta. De acordo com as mesmas teorias de Einstein que talvez expliquem a energia escura, um buraco negro forma uma distorção imensa do espaço-tempo.

Quando uma estrela colapsa em uma explosão de supernova, ela se choca com um limite imaginário chamado de horizonte de eventos. Se aproximando do horizonte de eventos, o tempo desacelera relativo ao tempo de quem observa a explosão, até que congela totalmente ao atingi-lo e impede que a estrela se colapse. Esse fenômeno impressionante é, em tese, o nascimento de um buraco negro: um objeto supermassivo em colapso congelado no espaço-tempo.

Portanto, se sobrevivêssemos ao encontro com um buraco-negro (como o filme Interstellar tentou nos explicar minuciosamente em conversas desnecessárias entre gênios da astrofísica), poderíamos cair num limbo do espaço-tempo em que iríamos parar sabe-se lá onde e quando.
Massa, né?

E o Bóson de Higgs? Pra quê ele serve?

O Bóson era nosso Neymar do álbum da Copa 2014. Até a sua descoberta, ele era o que faltava para completar o Modelo Padrão de partículas, todas as partículas conhecidas que formam toda matéria normal conhecida. O Bóson seria uma partícula remanescente do Big Bang que, trocando em miúdos, permite que quarks (os subcomponentes de prótons e neutrons) adquiram massa, o que explica porque somos sólidos. A notícia boa de finalmente termos encontrado o bóson de higgs, depois de explodir muitas partículas no acelerador, é que agora a matéria escura está um passo mais perto – se podemos entender o funcionamento de toda a matéria normal conhecendo todo o catálogo de partículas do modelo padrão, é um mistério a menos. Compreendê-la é importante para entender o comportamento da matéria em geral – isso se alguma das teorias sobre a energia escura que eventualmente descartariam toda nossa física atual não estiver certa.

Física é uma parada muito louca.