O que importa?

Estamos cercados pela matéria. De fato, somos matéria. Tudo o que detectamos no universo também é matéria. É tão fundamental que simplesmente aceitamos que tudo é feito de matéria. É o alicerce fundamental de tudo: a vida na Terra, o planeta em que vivemos, as estrelas e galáxias. É normalmente definido como qualquer coisa que tenha massa e ocupe um volume de espaço.

Os blocos de construção da matéria são chamados "átomos" e "moléculas". Eles também são matéria. A matéria que podemos detectar normalmente é chamada matéria "bariônica". No entanto, existe outro tipo de assunto por aí, que não pode ser detectado diretamente. Mas sua influência pode. É chamado matéria escura.

É fácil estudar matéria normal ou "matéria bariônica". Pode ser decomposto em partículas subatômicas chamadas leptons (elétrons por exemplo) e quarks (os blocos de construção de prótons e nêutrons). Estes são os elementos que compõem os átomos e moléculas, que são os componentes de tudo, dos humanos às estrelas.

A matéria normal é luminosa, isto é, interage eletromagneticamente e gravitacionalmente com outra matéria e com radiação. Não brilha necessariamente como pensamos em uma estrela brilhando. Pode emitir outra radiação (como infravermelho).

Outro aspecto que surge quando a questão é discutida é algo chamado antimatéria. Pense nisso como o reverso da matéria normal (ou talvez uma imagem no espelho) dela. Muitas vezes ouvimos falar disso quando os cientistas falam sobre reações matéria / anti-matéria como fontes de energia. A idéia básica por trás da antimatéria é que todas as partículas têm uma antipartícula que tem a mesma massa, mas rotação e carga opostas. Quando matéria e antimatéria colidem, elas se aniquilam e criam pura energia na forma de raios gama. Essa criação de energia, se pudesse ser aproveitada, forneceria enormes quantidades de energia para qualquer civilização que pudesse descobrir como fazê-lo com segurança.

Em contraste com a matéria normal, a matéria escura é um material que não é luminoso. Ou seja, ele não interage eletromagneticamente e, portanto, parece escuro (ou seja, não reflete ou liberta luz). A natureza exata da matéria escura não é bem conhecida, embora seu efeito em outras massas (como galáxias) tenha sido observado por astrônomos como a Dra. Vera Rubin e outros. No entanto, sua presença pode ser detectada pelo efeito gravitacional que exerce sobre a matéria normal. Por exemplo, sua presença pode restringir os movimentos das estrelas em uma galáxia, por exemplo.

Atualmente, existem três possibilidades básicas para "coisas" que compõem a matéria escura:

• Matéria escura fria (MDL): Há um candidato chamado partícula massiva de fraca interação (WIMP) que pode ser a base para a matéria escura fria. No entanto, os cientistas não sabem muito sobre isso ou como ele pode ter sido formado no início da história do universo. Outras possibilidades para partículas CDM incluem axiões, no entanto, elas nunca foram detectadas. Finalmente, existem os MACHOs (MAssive Compact Halo Objects). Eles poderiam explicar a massa medida da matéria escura. Esses objetos incluem buracos negros, antigo estrelas de nêutrons e objetos planetários que são todos não luminosos (ou quase), mas ainda contêm uma quantidade significativa de massa. Isso explicaria convenientemente a matéria escura, mas há um problema. Teria que haver muitos deles (mais do que seria esperado, dada a idade de certas galáxias) e sua distribuição teria que ser incrivelmente bem espalhados por todo o universo para explicar a matéria escura que os astrônomos descobriram "lá fora". Portanto, a matéria escura fria continua sendo um "trabalho em progresso."
• Matéria escura quente (WDM): Pensa-se que isto seja composto por neutrinos estéreis. Essas são partículas semelhantes aos neutrinos normais, exceto pelo fato de serem muito mais massivas e não interagirem por força fraca. Outro candidato ao WDM é o gravitino. Esta é uma partícula teórica que existiria se a teoria da supergravidade - uma mistura de relatividade geral e supersimetria - ganham tração. O WDM também é um candidato atraente para explicar a matéria escura, mas a existência de neutrinos estéreis ou gravitinos é especulativa, na melhor das hipóteses.
• Matéria escura quente (HDM): As partículas consideradas como matéria escura quente já existem. Eles são chamados de "neutrinos". Eles viajam em quase a velocidade da luz e não nos "agrupamos" da maneira que projetamos que a matéria escura faria. Também considerando que o neutrino é quase sem massa, uma quantidade incrível deles seria necessária para compensar a quantidade de matéria escura que se sabe existir. Uma explicação é que existe um tipo ou sabor de neutrino ainda não detectado que seria semelhante aos que já se sabe existir. No entanto, teria uma massa significativamente maior (e, portanto, talvez velocidade mais lenta). Mas isso provavelmente seria mais parecido com a matéria escura quente.

A matéria não existe exatamente sem influência no universo e existe uma curiosa conexão entre radiação e matéria. Essa conexão não era bem compreendida até o início do século XX. Foi quando Albert Einstein começou a pensar sobre a conexão entre importam e energia e radiação. Aqui está o que ele inventou: de acordo com sua teoria da relatividade, massa e energia são equivalentes. Se radiação suficiente (luz) colidir com outros fótons (outra palavra para "partículas" leves) de energia suficientemente alta, é possível criar massa. Esse processo é o que os cientistas estudam em laboratórios gigantes com coletores de partículas. Seu trabalho investiga profundamente o coração da matéria, buscando as menores partículas conhecidas por existir.

Portanto, embora a radiação não seja explicitamente considerada matéria (não possui massa ou ocupa volume, pelo menos não de maneira bem definida), ela está conectada à matéria. Isso ocorre porque a radiação cria matéria e a matéria cria radiação (como quando matéria e antimatéria colidem).

Levando a conexão matéria-radiação um passo adiante, os teóricos também propõem que exista uma radiação misteriosa em nossa universo. É chamado energia escura. Sua natureza não é totalmente compreendida. Talvez quando a matéria escura for entendida, também entenderemos a natureza da energia escura.

Editado e atualizado por Carolyn Collins Petersen.