A matéria escura parece fria: o que a formação de galáxias revela e o que ainda não sabemos

A matéria escura suscita duas perguntas relacionadas, mas distintas: como influencia a estrutura do universo e do que é feita. A NASA explica que as simulações da formação de estruturas favorecem uma matéria escura fria, ou seja, de movimento lento. Essa preferência ajuda a descrever como as galáxias e outras estruturas se encaixam na história cósmica, mas não identifica as partículas responsáveis.

A distinção é importante porque “fria” não significa, neste caso, uma temperatura medida com um termômetro. O termo se refere à velocidade das partículas nos modelos. A comparação entre matéria escura fria, morna e quente permite estudar que tipo de movimento produz estruturas semelhantes às observadas pelos astrônomos.

Uma matéria invisível que deixa marcas gravitacionais

A matéria comum — que compõe estrelas, planetas e objetos do cotidiano — interage com a luz em diferentes comprimentos de onda. Segundo a descrição da NASA, a matéria escura não parece interagir com o espectro eletromagnético: não absorve, reflete nem emite luz. No entanto, tem massa e afeta gravitacionalmente a matéria comum. Por isso, embora não possa ser vista diretamente, seus efeitos permitem estudar sua influência no cosmos.

A agência estima que a matéria escura represente cerca de 27% do universo, em comparação com aproximadamente 5% de matéria comum; o restante é atribuído à energia escura. A NASA também observa que a matéria escura constitui a maior parte da massa das galáxias e dos aglomerados de galáxias. Essas proporções são estimativas apresentadas pela agência como contexto para explicar o papel dos diferentes componentes cósmicos.

Uma maneira de rastrear essa massa é observar como a gravidade de grandes concentrações de matéria curva o espaço-tempo e desvia a luz de objetos distantes. Esse fenômeno é chamado de lente gravitacional. As distorções observadas permitem investigar a distribuição da massa, inclusive a parte que não emite luz.

O que as simulações comparam

A explicação da NASA descreve simulações que testam diferentes velocidades para a matéria escura. Nos modelos de matéria escura fria e lenta, as estruturas do universo surgem e se movimentam de maneira semelhante ao que se observa. Já nas simulações com matéria escura morna ou quente, as estruturas não parecem permanecer unidas da forma necessária para reproduzir essas observações.

Com base nessa comparação, a agência resume que os cientistas consideram mais provável que a matéria escura seja fria ou se mova lentamente. Também propõe que ela pode ter se formado no universo primordial com uma velocidade suficientemente baixa para permitir que as galáxias se formassem e se distribuíssem como as vemos hoje. É uma inferência baseada no comportamento das estruturas nos modelos: indica que tipo de movimento se ajusta melhor ao quadro observado, não a composição da matéria escura.

A ideia de “fria” deve, portanto, ser entendida no contexto dessa comparação. A questão não é se o material é frio no sentido cotidiano, mas se suas partículas se deslocam devagar o bastante para se agruparem e favorecerem a formação de estruturas cósmicas.

Da descrição cosmológica às partículas hipotéticas

A NASA reúne várias propostas sobre o que poderia constituir a matéria escura. Entre elas estão as WIMPs, sigla para partículas massivas de interação fraca. A agência as descreve como partículas hipotéticas, pesadas e de movimento lento, que não absorvem nem emitem luz e não interagem fortemente com as partículas conhecidas até agora. Acredita-se que possam interagir por meio da gravidade e talvez de outras forças, atravessando quase sem impedimentos a matéria comum.

Alguns modelos propõem que, quando certas WIMPs se encontram, elas poderiam se aniquilar e produzir raios gama. A NASA informa que dados do telescópio espacial Fermi de raios gama foram examinados em busca de possíveis sinais desse processo. Descrever uma busca, porém, não equivale a confirmar a existência das WIMPs.

Outro candidato são os áxions, partículas subatômicas hipotéticas consideradas de baixa massa e baixa energia. Eles foram propostos em 1977 como possível solução para um problema da física de partículas chamado problema CP forte. A hipótese propõe que os áxions poderiam ser matéria escura. A NASA também informa que dados dos telescópios Fermi, Chandra e NuSTAR foram usados para buscar indícios de oscilações de áxions em observações de raios X e raios gama.

O que as simulações permitem afirmar

A preferência por uma matéria escura lenta e a busca por candidatos pertencem a níveis diferentes da pesquisa. As simulações comparam os efeitos que velocidades distintas teriam sobre a formação e a coesão das estruturas. Já as buscas por partículas procuram sinais associados a propostas específicas. O fato de um modelo cosmológico se ajustar melhor às estruturas observadas não basta, por si só, para escolher entre WIMPs, áxions ou outras explicações.

A própria NASA apresenta várias possibilidades e observa que a matéria escura poderia ser formada por mais de um tipo de matéria ou partícula. Na página que resume esses candidatos, a agência afirma que não foram encontradas evidências que confirmem nenhum dos que descreve. Assim, a conclusão respaldada pelo material disponível é limitada: as simulações favorecem a matéria escura fria ou lenta como explicação para a estrutura cósmica observada, enquanto sua identidade física continua em aberto.

Uma pista sobre a história do cosmos

Entender como a matéria escura está distribuída pode ajudar a reconstruir como as galáxias se organizaram e evoluíram. A NASA apresenta as simulações como uma forma de relacionar o movimento da matéria escura à formação dessas estruturas. A preferência por partículas lentas aponta para uma condição que permite que a matéria se agrupe nos modelos; por si só, não resolve a natureza dessas partículas.

O panorama fica dividido entre uma pista cosmológica e uma incógnita microscópica. A primeira favorece a matéria escura fria porque suas simulações correspondem melhor às estruturas observadas. A segunda — qual entidade física produz esses efeitos gravitacionais — continua em aberto entre candidatos hipotéticos como WIMPs e áxions. Manter as duas perguntas separadas evita transformar uma explicação sobre a formação de galáxias em uma identificação que as evidências citadas não fornecem.