Anotações científicas - 18

Matéria Escura Fria - 1

Diante das frequentes imprecisões conceituais propagadas em plataformas digitais, torna-se urgente ampliar a produção de materiais que expliquem, com rigor e clareza, a natureza da matéria escura. Mais do que uma curiosidade astronômica, essa hipótese é fundamental para compreendermos a evolução do cosmos e os mecanismos que permitiram a formação das primeiras galáxias no passado remoto.

Traduzido de:  en.wikipedia.org - Cold dark matter  

Em cosmologia e física, a matéria escura fria (CDM) é um tipo hipotético de matéria escura. De acordo com o modelo padrão atual da cosmologia, o modelo Lambda-CDM, aproximadamente 27% do universo é matéria escura e 68% é energia escura, com apenas uma pequena fração sendo a matéria bariônica comum que compõe estrelas, planetas e organismos vivos. Fria refere-se à matéria escura se mover lentamente em comparação com a velocidade da luz, conferindo-lhe uma equação de estado nula. Escura indica que ela interage muito fracamente com a matéria comum e a radiação eletromagnética. Os candidatos propostos para CDM incluem partículas massivas de interação fraca, buracos negros primordiais e áxions, bem como a maioria dos sabores de neutrinos.

Histórico

A teoria da matéria escura fria foi originalmente publicada em 1982 por James Peebles; enquanto a imagem da matéria escura quente foi proposta independentemente na mesma época por J. Richard Bond, Alex Szalay e Michael Turner; e George Blumenthal, H. Pagels e Joel Primack. Um artigo de revisão de 1984 de Blumenthal, Sandra Moore Faber, Primack e Martin Rees desenvolveu os detalhes da teoria da matéria escura fria.

Formação de estruturas

Na teoria da matéria escura fria, a estrutura cresce hierarquicamente, com pequenos objetos colapsando primeiro sob sua própria gravidade e se fundindo em uma hierarquia contínua para formar objetos maiores e mais massivos. As previsões do paradigma da matéria escura fria estão, em geral, de acordo com as observações da estrutura cosmológica em grande escala.

No paradigma da matéria escura quente, popular no início da década de 1980, mas menos na década de 1990, a estrutura não se forma hierarquicamente (de baixo para cima), mas sim por fragmentação (de cima para baixo), com os maiores superaglomerados se formando primeiro em camadas planas semelhantes a panquecas e, posteriormente, fragmentando-se em pedaços menores, como a nossa galáxia, a Via Láctea.

Desde o final da década de 1980 ou 1990, a maioria dos cosmólogos favorece a teoria da matéria escura fria (especificamente o modelo Lambda-CDM moderno) como uma descrição de como o universo passou de um estado inicial homogêneo nos primórdios (como demonstrado pela radiação cósmica de fundo em micro-ondas) para a distribuição irregular de galáxias e seus aglomerados que vemos hoje — a estrutura em grande escala do universo. Galáxias anãs são cruciais para essa teoria; tendo sido criadas por flutuações de densidade em pequena escala no universo primordial, elas se tornaram blocos de construção naturais que formam estruturas maiores.

Composição

A matéria escura é detectada por meio de suas interações gravitacionais com a matéria comum e a radiação. Como tal, é muito difícil determinar quais são os constituintes da matéria escura fria. Os candidatos se enquadram em três categorias principais:

• Áxions, partículas muito leves com um tipo específico de autointeração que as torna candidatas adequadas para a matéria escura fria. Desde o final da década de 2010, os áxions se tornaram um dos candidatos mais promissores para a matéria escura. Os áxions têm a vantagem teórica de que sua existência resolve o problema CP forte na cromodinâmica quântica, mas as partículas de áxion foram apenas teorizadas e nunca detectadas. Os áxions são um exemplo de uma categoria mais geral de partícula chamada WISP (partícula "esbelta" ou "fina" de interação fraca), que são as contrapartes de baixa massa dos WIMPs.

• Objetos compactos massivos do halo (MACHOs), objetos grandes e condensados, como buracos negros, estrelas de nêutrons, anãs brancas, estrelas muito fracas ou objetos não luminosos como planetas. A busca por esses objetos consiste em usar lentes gravitacionais para detectar os efeitos desses objetos em galáxias de fundo. A maioria dos especialistas acredita que as restrições dessas buscas descartam os MACHOs como um candidato viável para matéria escura.

• Partículas massivas de interação fraca (WIMPs). Atualmente, não existe nenhuma partícula conhecida com as propriedades necessárias, mas muitas extensões do Modelo Padrão da física de partículas preveem tais partículas. A busca por WIMPs envolve tentativas de detecção direta por detectores altamente sensíveis, bem como tentativas de produção de WIMPs por aceleradores de partículas. Historicamente, os WIMPs eram considerados um dos candidatos mais promissores para a composição da matéria escura, mas desde o final da década de 2010, os WIMPs foram suplantados pelos áxions devido à não detecção de WIMPs em experimentos. O experimento DAMA/NaI e seu sucessor, DAMA/LIBRA, afirmaram ter detectado diretamente partículas de matéria escura atravessando a Terra, mas muitos cientistas permanecem céticos porque nenhum resultado de experimentos semelhantes parece compatível com os resultados do DAMA.

Extra

A teoria dos "cabelos" de matéria escura, proposta por Gary Prézeau da NASA, sugere que a gravidade da Terra transforma riachos de matéria escura em filamentos densos, semelhantes a "cabelos", que atravessam o planeta e se estendem por centenas de milhares de quilômetros no espaço. Essa estrutura capilar seria mais densa na raiz, oferecendo um local promissor para detectar matéria escura. 

Aqui estão os principais pontos sobre essa teoria:

• Formação: Quando correntes de matéria escura passam pela Terra, a gravidade do planeta age como uma lente, focando as partículas em um filamento fino e denso.

• "Raízes" e "Pontas": A raiz desse cabelo de matéria escura, onde a densidade é maior, estaria próxima ao núcleo da Terra, podendo ser até 1 bilhão de vezes mais densa que a corrente original.

• Mapeamento da Terra: As simulações mostram que esses "cabelos" teriam "nós" ou dobras que correspondem às transições entre as camadas da Terra (núcleo, manto, crosta), o que, teoricamente, permitiria mapear a estrutura interna de qualquer planeta ou corpo celeste.

• Detecção: Essa densidade elevada nas "raízes" dos cabelos torna o local um alvo interessante para tentar detectar a matéria escura, que tem escapado à detecção direta por décadas. 

A pesquisa sugere uma maneira fascinante de estudar a misteriosa matéria escura que compõe a maior parte da matéria do universo. 

Earth Might Have Hairy Dark Matter. Nov. 23, 2015

https://www.jpl.nasa.gov/news/earth-might-have-hairy-dark-matter/