De Coma ao Aglomerado da Bala: como mudou a evidência da matéria escura

A matéria escura é reconhecida pelo que faz, não por uma luz que possamos observar. Segundo a descrição da NASA, não interage com o espectro eletromagnético como a matéria comum: não absorve, reflete nem emite luz. No entanto, a sua gravidade afeta as galáxias e a luz que viaja pelo universo. A história de como as evidências foram construídas entende-se melhor seguindo três sinais diferentes: o movimento das galáxias dentro dos aglomerados, a velocidade das estrelas nas galáxias espirais e a distorção da luz de fundo.

Coma: galáxias demasiado rápidas

Um aglomerado de galáxias é um conjunto de galáxias ligadas pela gravidade. Em 1933, o astrónomo Fritz Zwicky publicou um trabalho sobre uma anomalia que observara ao estudar o aglomerado de Coma. De acordo com o relato histórico da NASA, as galáxias desse aglomerado moviam-se depressa demais para que a gravidade da matéria comum observada fosse suficiente para as manter unidas. Se apenas essa matéria visível contasse, as galáxias deveriam ter-se dispersado; no entanto, permaneciam ligadas ao aglomerado.

Zwicky propôs que uma forma invisível de matéria fornecia a gravidade que faltava nessa explicação e chamou-lhe «dunkle Materie», em alemão, «matéria escura». A proposta deu nome a uma possível explicação do problema, mas as primeiras investigações não bastaram, na época, para a tornar uma ideia amplamente aceite. A sua importância reside no tipo de pista: a matéria hipotética não era observada diretamente; observava-se, antes, um movimento cuja explicação gravitacional parecia exigir mais massa do que a visível.

As estrelas das galáxias espirais

Na década de 1970, a astrónoma Vera Rubin estudou outro caso: as estrelas situadas nas zonas exteriores das galáxias espirais. Segundo a NASA, descobriu que se moviam depressa demais para que a matéria luminosa observada nessas galáxias pudesse, por si só, explicar como permaneciam em órbita. A discrepância era semelhante à de Coma, mas a observação dizia agora respeito ao movimento das estrelas dentro de galáxias individuais, não ao de galáxias inteiras dentro de um aglomerado.

Rubin concluiu que tinha de haver mais matéria do que aquela que se via para manter essas galáxias unidas. A explicação proposta era que a matéria escura fornecia a gravidade adicional. A concordância entre pistas de escalas diferentes reforçou a ideia: primeiro, o movimento das galáxias em Coma; depois, o das estrelas nas zonas exteriores das espirais. No relato histórico da NASA, as evidências associadas ao trabalho de Rubin foram decisivas para que a comunidade científica adotasse o conceito de forma mais ampla.

A lente gravitacional transforma a gravidade num mapa

Uma terceira pista vem da luz. A gravidade de uma concentração de massa pode curvar o espaço-tempo e, assim, desviar a trajetória da luz de galáxias situadas atrás dela. Este efeito chama-se lente gravitacional. Ao medir como essas galáxias de fundo parecem deformadas, os astrónomos podem estimar a distribuição da massa no objeto que está à frente.

O resultado é um mapa de massa inferido a partir da distorção da luz, não uma fotografia de partículas escuras. A distinção é importante: a imagem observada fornece as formas e posições das galáxias; o mapa é obtido interpretando as deformações produzidas pela gravidade. Como explica a NASA ao descrever aglomerados de galáxias, a lente gravitacional permite cartografar a distribuição da massa e assinalar regiões onde se infere uma concentração que não é explicada pela matéria visível.

O Aglomerado da Bala: gás e massa não aparecem juntos

O Aglomerado da Bala, conhecido formalmente como 1E 0657-56, formou-se quando dois grandes aglomerados de galáxias colidiram, num acontecimento situado a cerca de 3.800 milhões de anos-luz da Terra. A NASA descreve observações deste sistema realizadas em 2006 como um dos exemplos mais claros de evidência de matéria escura. Durante a colisão, o gás quente de um aglomerado interagiu com o gás quente do outro.

Nas imagens compostas descritas pela NASA, o gás quente — matéria comum que emite raios X e foi detetada pelo observatório Chandra da NASA — aparece a cor-de-rosa. A distribuição de massa inferida através de observações de lente gravitacional com o Telescópio Espacial Hubble da NASA e o Telescópio Magalhães, operado por um consórcio internacional, é representada a azul. Segundo a descrição da NASA, as regiões azuis estão distribuídas de forma diferente do gás quente e representam a maior parte da massa dos aglomerados.

A interpretação científica indicada pela agência é que o material associado a essa distribuição azul é provavelmente matéria escura. O ponto central não é que o azul seja uma imagem direta dessa matéria: é uma representação da massa reconstruída por lente gravitacional. O gás, por sua vez, é identificado através da sua emissão de raios X. Assim, o Aglomerado da Bala permite comparar dois observáveis diferentes: onde se encontra o gás quente e onde a lente indica que a massa se concentra.

Uma evidência construída com pistas diferentes

Coma, as galáxias espirais e o Aglomerado da Bala não fornecem o mesmo tipo de observação. O primeiro pôs em destaque a velocidade das galáxias dentro de um aglomerado; Rubin estudou as estrelas das regiões exteriores das galáxias; e o terceiro permitiu comparar o gás quente com a distribuição de massa inferida a partir da luz deformada. Nos três casos, a matéria escura entra na explicação através dos efeitos gravitacionais observados.

Este percurso também ajuda a precisar o que significa falar de evidência. Em Coma e nas galáxias espirais, a discrepância entre o movimento e a matéria visível levou à inferência de massa adicional. No Aglomerado da Bala, a lente gravitacional fornece um mapa de massa que pode ser comparado com a posição do gás. Segundo a interpretação apresentada pela NASA, o material associado às regiões azuis é provavelmente matéria escura. A força desta história está no facto de pistas diferentes apontarem para uma massa que não é identificada pela sua luz, embora cada uma o faça através de uma observação diferente.