A força gravitacional no Universo sob a qual evoluiu de um estado quase uniforme no Big Bang atéagora, quando a matéria estãoconcentrada em gala¡xias, estrelas e planetas, éfornecida pelo que édenominado 'matéria escura'. Mas apesar do papel essencial que este material extra desempenha, não sabemos quase nada sobre sua natureza, comportamento e composição, que éum dos problemas ba¡sicos da física moderna. Em um artigo recente na Astronomy & Astrophysics Letters, cientistas do Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) / Universidade de La Laguna (ULL) e da Universidade Nacional do Noroeste da Prova­ncia de Buenos Aires (Juna­n, Argentina) mostraram que a matéria escura nas gala¡xias segue uma distribuição de 'entropia máxima', que esclarece sua natureza.

A matéria escura representa 85% da matéria do Universo, mas sua existaªncia aparece apenas em escalas astrona´micas. Ou seja, devido a  sua fraca interação, o efeito la­quido são pode ser percebido quando estãopresente em grandes quantidades. Como ele esfria apenas com dificuldade, as estruturas que forma são geralmente muito maiores do que planetas e estrelas. Como a presença de matéria escura aparece apenas em grandes escalas, a descoberta de sua natureza provavelmente tera¡ que ser feita por estudos astrofisicos.

Dizer que a distribuição da matéria escura éorganizada de acordo com a entropia máxima (que éequivalente a 'desordem máxima' ou 'equila­brio termodina¢mico') significa que ela éencontrada em seu estado mais prova¡vel. Para atingir essa "desordem máxima", a matéria escura deve ter que colidir dentro de si mesma, assim como fazem as moléculas de gás , para atingir o equila­brio no qual sua densidade , pressão e temperatura estãorelacionadas. No entanto, não sabemos como a matéria escura atingiu esse tipo de equila­brio.

“Ao contra¡rio das moléculas do ar, por exemplo, porque a ação gravitacional éfraca, aspartículas de matéria escura dificilmente devem colidir umas com as outras, de modo que o mecanismo pelo qual alcana§am o equila­brio éum mistanãrio”, diz Jorge Sa¡nchez Almeida, pesquisador do IAC quem éo primeiro autor do artigo. “No entanto, se eles colidissem, isso lhes daria uma natureza muito especial, que resolveria em parte o mistério de sua origem”, acrescenta.

A entropia máxima da matéria escura foi detectada em gala¡xias ana£s, que tem uma proporção maior de matéria escura em relação a  matéria total do que gala¡xias mais massivas, então émais fa¡cil ver o efeito nelas. No entanto, os pesquisadores esperam que seja um comportamento geral em todos os tipos de gala¡xias.

O estudo implica que a distribuição de matéria em equila­brio termodina¢mico tem uma densidade central muito mais baixa que os astrônomos assumiram para muitas aplicações prática s, como na interpretação correta de lentes gravitacionais ou ao projetar experimentos para detectar matéria escura por sua auto-aniquilação.

Essa densidade central éfundamental para a correta interpretação da curvatura da luz pelas lentes gravitacionais: se for menos densa o efeito da lente émenor. Para usar uma lente gravitacional para medir a massa de uma gala¡xia énecessa¡rio um modelo, se este modelo for alterado, a medição muda.

A densidade central também émuito importante para os experimentos que tentam detectar a matéria escura usando sua auto-aniquilação. Duaspartículas de matéria escura poderiam interagir e desaparecer em um processo altamente improva¡vel, mas que seria caractera­stico de sua natureza. Para que duaspartículas interajam, elas devem colidir. A probabilidade dessa colisão depende da densidade da matéria escura; quanto maior a concentração de matéria escura, maior éa probabilidade de aspartículas colidirem.

"Por essa raza£o, se a densidade muda, também mudara¡ a taxa esperada de produção das auto-aniquilações, e dado que os experimentos são projetados na previsão de uma dada taxa, se essa taxa for muito baixa, o experimento dificilmente produzira¡ um resultado positivo ", diz Sa¡nchez Almeida.

Finalmente, o equila­brio termodina¢mico para matéria escura também poderia explicar o perfil de brilho das gala¡xias. Esse brilho diminui com a distância do centro de uma gala¡xia de forma especa­fica, cuja origem física édesconhecida, mas para a qual os pesquisadores estãotrabalhando para mostrar que éo resultado de um equila­brio com entropia máxima.

A densidade da matéria escura nos centros das gala¡xias éum mistério hádécadas. Ha¡ uma grande discrepa¢ncia entre as previsaµes das simulações (alta densidade) e o que se observa (baixo valor). Os astrônomos propuseram muitos tipos de mecanismos para resolver esse grande desacordo.

Neste artigo, os pesquisadores demonstraram, usando princa­pios fa­sicos ba¡sicos, que as observações podem ser reproduzidas na suposição de que a matéria escura estãoem equila­brio, ou seja, possui entropia máxima. As consequaªncias desse resultado podem ser muito importantes porque indicam que a matéria escura trocou energia consigo mesma e / ou com a matéria "normal" (baria´nica) restante.

“O fato de o equila­brio ter sido alcana§ado em tão pouco tempo, em comparação com a idade do Universo, pode ser o resultado de um tipo de interação entre matéria escura e matéria normal além da gravidade”, sugere Ignacio Trujillo, pesquisador do IAC e coautor deste artigo. "A natureza exata desse mecanismo precisa ser explorada, mas as consequaªncias podem ser fascinantes para entender o que éesse componente que domina a quantidade total de matéria no Universo."