Matéria escura e energia escura: o que sabemos sobre os 95% do Universo que não vemos

É uma das ideias mais estranhas da ciência moderna: tudo o que se pode ver ou medir diretamente, planetas, estrelas, gás, poeira e a gente, corresponde a algo em torno de 5% do conteúdo do Universo. Os outros 95% se dividem em duas coisas que ainda não entendemos direito, chamadas de matéria escura e energia escura. Elas têm nomes parecidos, mas são fenômenos bem diferentes, e vale separá-los antes de ler qualquer notícia sobre o assunto.

O inventário do Universo

No modelo padrão da cosmologia, estimado a partir de observações como a radiação cósmica de fundo, os números aproximados são estes:

• Cerca de 5%: matéria comum, feita de átomos.
• Cerca de 27%: matéria escura.
• Cerca de 68%: energia escura.

Esses percentuais são resultados de modelos ajustados a dados, e podem ser refinados. A mensagem geral, porém, é consistente em várias medições independentes.

Matéria escura: a massa que não brilha

A matéria escura é um tipo de matéria que não emite, absorve nem reflete luz, e por isso não aparece em telescópios. Sabemos que ela existe por seus efeitos gravitacionais. As principais evidências são:

• Rotação das galáxias. Nos anos 1970, medições mostraram que estrelas na periferia das galáxias giram rápido demais para a massa visível: sem massa extra, elas seriam "lançadas" para fora.
• Lentes gravitacionais. A massa curva a luz, e a quantidade de curvatura observada em aglomerados de galáxias indica bem mais massa do que a visível.
• Radiação cósmica de fundo. O padrão de pequenas variações de temperatura nessa luz primordial só é bem explicado com a presença de matéria escura.
• Formação de estruturas. Simulações do Universo só reproduzem a distribuição de galáxias que vemos se incluírem matéria escura.

O que ela é de fato continua em aberto. Entre as candidatas estão partículas ainda não descobertas, como as WIMPs e os áxions. Experimentos subterrâneos e aceleradores de partículas procuram sinais delas há décadas, até agora sem detecção confirmada. Há também propostas que tentam explicar os dados modificando a teoria da gravidade, mas elas têm dificuldade de explicar todas as observações ao mesmo tempo.

Energia escura: a expansão que acelera

A energia escura é outra coisa. Em 1998, dois grupos de pesquisa, estudando supernovas do tipo Ia como "velas padrão", descobriram que a expansão do Universo está acelerando, e não desacelerando, como se esperava por causa da gravidade. Essa descoberta rendeu o Nobel de Física de 2011 a Saul Perlmutter, Brian Schmidt e Adam Riess. Algo parece estar "empurrando" o espaço, e esse algo foi batizado de energia escura.

No modelo mais simples, a energia escura é uma constante cosmológica, uma densidade de energia do próprio espaço que não muda no tempo, ideia que remonta a Einstein. Outras hipóteses falam em campos que variam com o tempo, ou em modificações da gravidade em grandes escalas. O caso do novo catálogo de supernovas, que cobrimos, entra exatamente nessa discussão: os dados sugerem, sem confirmar, que a energia escura possa variar.

O que são as "tensões" da cosmologia

De vez em quando surgem manchetes dizendo que a cosmologia está "em crise". Em geral, trata-se de tensões: duas medições feitas de jeitos diferentes que, a princípio, deveriam dar o mesmo resultado, mas divergem. A mais famosa é a tensão de Hubble. A taxa atual de expansão do Universo medida com objetos próximos, como supernovas, dá um valor mais alto do que o inferido a partir da radiação cósmica de fundo. Há várias explicações possíveis: erros ainda não identificados nas medições, ou a necessidade de uma física nova. Ninguém sabe ainda qual é a resposta.

O papel dos novos telescópios

Instrumentos como o telescópio espacial James Webb, o levantamento DESI e outros projetos medem a história da expansão com cada vez mais detalhe. O Webb, em particular, está ajudando a testar medidas de distâncias e a entender as primeiras galáxias, tema que aparece no nosso guia sobre o Webb e o Hubble. Cada conjunto de dados novo é um teste para o modelo padrão, e é esperado que, com o tempo, as tensões se resolvam ou se confirmem.

Como ler uma notícia sobre o tema

• Não misture as duas. Matéria escura é massa extra que atrai por gravidade; energia escura é o que acelera a expansão.
• "Indício" não é "descoberta". Resultados de 2 ou 3 sigmas, no jargão, são sugestivos, mas ainda podem ser coincidência. Costuma-se exigir muito mais para afirmar uma descoberta.
• Dois conjuntos de dados que concordam pesam mais do que um único resultado espetacular.
• "Quebra a física" costuma ser exagero. O que geralmente acontece é um refinamento do modelo.
• Admita a incógnita. Dizer "não sabemos do que é feito" é parte honesta do conhecimento, e não uma falha da ciência.

A existência da matéria e da energia escuras é uma das indicações mais claras de que ainda há muito a descobrir sobre o Universo. Saber o que se sabe, e o que não se sabe, é a melhor forma de aproveitar cada nova notícia, sem exagerar e sem descartar.