A existência de uma maior quantidade de matéria no Universo do que aquela vista ou detectada diretamente intriga os físicos contemporâneos. Medidas realizadas nas últimas décadas indicam que apenas 15% de toda a matéria contida no Universo está em forma luminosa, passível de ser observada através de telescópios. Os demais 85% parecem se constituir de um material de natureza ainda indeterminada, cuja principal característica é não ser capaz de absorver, emitir ou refletir luz. Até onde se sabe, a única interação seguramente possível com esse material é a gravitacional. Devido a tais propriedades, convencionou-se designar essa porção majoritária do conteúdo material do universo por matéria escura, da qual só se tem conhecimento graças à percepção dos efeitos de sua influência gravitacional sobre a matéria luminosa.
De modo análogo ao movimento dos planetas no Sistema Solar, as estrelas e as nuvens de gás presentes em uma galáxia orbitam seu centro, fazendo com que toda a galáxia apresente movimento de rotação quando vista por um observador externo. O movimento é devido à atração gravitacional da matéria existente na galáxia. O mesmo ocorre no interior dos aglomerados de galáxias, onde as galáxias percorrem órbitas em torno do centro de massa do aglomerado em decorrência da interação gravitacional de toda a matéria contida no conjunto.
Ilustração da nossa galáxia, a Via Láctea. Fonte: R. Hurt (SSC), JPL-Caltech, NASA
Quando é medida a massa de toda a matéria luminosa de uma galáxia ou de um aglomerado de galáxias, as equações da mecânica permitem que a velocidade prevista para cada região da galáxia ou do aglomerado seja calculada com boa precisão. Por outro lado, o método inverso também se aplica: estudando-se o movimento dos componentes de uma galáxia ou das galáxias de um aglomerado, pode-se obter uma boa estimativa da massa total da galáxia ou do aglomerado em questão. Surpreendentemente, o que se verifica é que os resultados de ambos os métodos são discrepantes: em todas as observações já realizadas, a velocidade dos componentes é sempre muito maior que a velocidade calculada a partir da massa de matéria luminosa. A conclusão direta é que há mais massa nas galáxias e nos aglomerados do que aquela que se consegue aferir; massa, portanto, proveniente de matéria não-luminosa, matéria escura.
Por raciocínio semelhante, o astrônomo suíço Fritz Zwicky (1898-1974) foi o primeiro a inferir a existência da matéria escura ao examinar o aglomerado de galáxias Cabeleira de Berenice, em 1933. Do estudo do movimento das galáxias, Zwicky estimou a massa do aglomerado em um valor 400 vezes maior que a massa calculada do material luminoso. Embora hoje os valores tenham sido corrigidos por dados mais precisos, permanece evidente que há um excesso de massa nas galáxias em relação à massa luminosa. Na Via Láctea, por exemplo, a matéria escura é 10 vezes maior que a massa de todas as estrelas e nuvens de gás juntas.
O esforço atual é direcionado para a elucidação do que é a matéria escura. Já houve a sugestão de que uma parte dela poderia corresponder a buracos negros, anãs marrons ou planetas; sabe-se que na nossa galáxia, porém, tais objetos correspondem a menos de 2% da massa. Para explicar a maior parcela da matéria escura, é necessário imaginar a existência de partículas totalmente estranhas à matéria ordinária, cuja teoria ainda requer desenvolvimento. Seja qual for o caminho, este será um dos grandes desafios da ciência no século XXI.
Referências bibliográficas:
CERN. Dark matter. Disponível em: <https://home.cern/about/physics/dark-matter>. Acesso em 31 de jan. 2018.
CHOUDHURI, A. R. Astrophysics for Physicists. Cambridge: Cambridge University Press, 2010. p. 336-339.
REDD, N. T. What is Dark Matter? Disponível em: <https://www.space.com/20930-dark-matter.html>. Acesso em 31 de jan. 2018.