Os cientistas sabem que a matéria escura existe porque, embora não possamos vê-la, podemos ver os efeitos do que ela faz no mundo, como um fantasma esbarrando em uma casa mal-assombrada. E não temos certeza do que é, mas alguns pensam que pode ser apenas um WIMP.

Esses são alguns dos insights que surgiram de uma Harvard Science Book Talk na segunda-feira, que contou com uma conversa online entre Peter Fisher, o professor de física Thomas A. Frank no MIT, que acabou de escrever um livro intitulado “O que é matéria escura?”. e Melissa Franklin, Professora de Física Mallinckrodt em Harvard.

Fisher abriu o evento, patrocinado pela Harvard Division of Science, Harvard Library e Harvard Book Store, com uma breve resposta à pergunta do título: “A resposta é que não sabemos”. Ele ofereceu várias possibilidades, explicando que seu assunto poderia ser uma partícula, uma partícula pesada, “pequenos buracos negros do início do universo, ou poderia ser algo em que nem pensamos”.

Para lançar alguma luz sobre o assunto, Fisher recontou a história da física de partículas, desde a invenção da mecânica quântica na década de 1930 até o desenvolvimento da teoria do modelo padrão na década de 1990, que explica três das quatro forças fundamentais conhecidas (eletromagnética, fraca e interações fortes, mas não gravidade).

Paralelamente ao desenvolvimento dessa ciência, os astrônomos que estudavam o universo estavam fazendo descobertas sobre o movimento das estrelas para longe da Terra – prova de que o universo está se expandindo. Esse movimento, os astrônomos perceberam, estava acontecendo mais rápido do que forças como a gravidade das estrelas componentes poderiam explicar. “Eles estudaram a maneira como as galáxias se moviam umas em relação às outras e a maneira como as estrelas se moviam dentro das galáxias. E a única maneira de explicar como tudo estava se movendo nas maiores escalas do universo foi a introdução de matéria que não podíamos ver”, disse ele.

A resposta, exigindo todas essas disciplinas, era que havia “na verdade dois tipos de matéria que não podíamos ver”. Estes eram energia escura e matéria escura. “A matéria escura faz com que as partículas ou estrelas dentro das galáxias se movam mais rapidamente do que você esperaria da massa dessas galáxias”, disse ele.

Para ilustrar, Fisher compartilhou um slide da galáxia de Andrômeda, com seu exuberante redemoinho de estrelas emanando de um disco plano. “Parece muito semelhante à Via Láctea no meio”, disse ele, apontando a “região brilhante bem no meio disso: um grande buraco negro com cerca de um milhão de vezes a massa do nosso sol. Há muita matéria sendo puxada para a densa região central, e você pode ver que há essa bela forma de panqueca com braços espirais”, contendo cerca de um trilhão de estrelas.

“O que é particularmente interessante é que você pode ver que há uma ponta afiada na parte do disco. E essa borda só é realmente explicável se você levantar a hipótese de que existe alguma substância chamada matéria escura que está fazendo uma atração gravitacional que faz essa forma.”

Andrômeda não é única. De fato, explicou Fisher, as imagens do espaço profundo fornecidas pelo Telescópio Espacial Hubble revelam uma consistência impressionante. “Houve medições muito detalhadas de literalmente milhares de galáxias, e todas elas compartilham as mesmas características”, disse ele. “Um estudo cuidadoso de todos esses diferentes tipos de galáxias sempre chega à mesma conclusão, que é que as estrelas estão se movendo muito rápido para serem explicadas pela quantidade de luz que vem dessa galáxia”, disse ele. “Isso deve denotar a presença de matéria escura ao redor da galáxia.”

Franklin, parafraseando o livro de Fisher, comparou a busca a uma caça aos fantasmas. “Se você tem fantasmas em sua casa movendo coisas, você não pode vê-los, ouvi-los ou senti-los. Então, o que você quer fazer é descobrir a partir dos movimentos o que exatamente está acontecendo.”

O que é a matéria escura, no entanto, é muito menos claro. Uma teoria é que é um novo tipo de partícula, uma partícula massiva de interação fraca (ou WIMP). Se essa teoria estiver correta, disse Fisher, a matéria escura provavelmente está por toda parte – mas “aqui na Terra, é difícil encontrar matéria escura porque há muita matéria normal ao redor. Você tem que olhar e pensar nas galáxias como um todo” para obter uma escala grande o suficiente para estudar a matéria escura.

Outra teoria é que a matéria escura são buracos negros primordiais, que remontam às origens do universo. Se for esse o caso, observou Fisher, esses “pequenos” pedaços de matéria “poderiam passar direto pela Terra. Eles não pegam muita matéria. Eles podem passar direto por praticamente qualquer coisa e ninguém realmente percebe isso.”

A busca em andamento, alertou Fisher, exigirá avanços contínuos na tecnologia, mas também cautela e uma compreensão cuidadosa de como nossas ferramentas funcionam. Para ilustrar o que pode dar errado, ele descreveu a Distant Early Warning Line do país, um sistema de estações de radar ao longo do Círculo Ártico criado como uma defesa contra um possível ataque de mísseis soviéticos durante a Guerra Fria. “Esses operadores de radar viram todo tipo de coisa que levou anos para explicar”, disse ele, resultando em teorias sobre OVNIs que ainda existem. “Sempre que você cria um novo dispositivo, você vê coisas que não esperava.”

À medida que a busca pela matéria escura continua, essa disciplina meticulosa é vital. No entanto, apesar das muitas perguntas que permanecem, podemos ter certeza de que a matéria escura existe porque “todas as medições são feitas repetidamente usando tipos muito diferentes de telescópios”, disse ele. O movimento das estrelas, por exemplo, tem sido observado com grandes telescópios ópticos e também com radiotelescópios. “Não é uma garantia, mas dá a certeza de que o mesmo efeito geral é observado de duas maneiras muito diferentes.”