A pesquisa da matéria escura e o que sabemos até agora.

Cerca de 85% da massa do universo é "matéria sscura" — um material misterioso que não pode ser observado , mas que tem imensa influência no cosmos. O que é exatamente essa coisa estranha e o que tem ela a ver com a nossa existência? A astrofísica Risa Wechler examina porque é que a matéria escura pode ser a chave para entendermos como o universo foi formado — e conta como os físicos nos laboratórios do mundo inteiro têm desenvolvido formas criativas de a estudar.

Já pensaram no que aconteceria

se o mundo fosse um pouco diferente?

Como a nossa vida seria diferente

se tivéssemos nascido há cinco mil anos

em vez de agora?

Como a história seria diferente

se os continentes estivessem
em latitudes diferentes

ou como teria evoluído
a vida no sistema solar

se o Sol fosse 10% maior?

Jogar com estas possibilidades

é a minha profissão,

mas com o universo inteiro.

Eu crio modelos de universos
num computador.

Universos digitais
com diferentes pontos de partida

e feitos de diferentes
quantidades e tipos de matéria.

Depois comparo
esses universos com o nosso

para ver do que é que ele é feito
e como evoluiu.

Este processo de testar modelos
com medições do céu

tem-nos ensinado muito
sobre o nosso universo até aqui.

Uma das coisas
mais estranhas que aprendemos

é que a maior parte
da matéria no universo

é composta por algo
totalmente diferente de nós

Mas sem isso,

o universo tal como conhecemos
não existiria.

Tudo o que conseguimos ver
com telescópios

compõe cerca de 15%
da massa total do universo.

Os restantes 85%

não emitem nem absorvem luz.

Não conseguimos vê-los
com os nossos olhos,

não conseguimos detetá-lo
com as ondas de rádio,

as micro-ondas ou
qualquer outro tipo de luz.

Mas sabemos que está lá

por causa de sua influência
naquilo que vemos.

É mais ou menos como

se fôssemos mapear
a superfície do nosso planeta

e tudo o que nela existe

usando a imagem da Terra
feita do espaço, à noite.

Dá para ter uma ideia
pelos espaços iluminados,

mas há muita coisa
que não vemos.

Tudo, desde as pessoas às cordilheiras.

É preciso deduzir o que existe
a partir dessas poucas pistas.

Chamamos a essa coisa invisível
"matéria escura".

Muita gente já ouviu falar
da matéria escura,

mas mesmo que já tenham
ouvido falar dela,

provavelmente
parece-vos uma coisa abstrata,

algo distante,
provavelmente até irrelevante.

Bem, o interessante

é que a matéria escura
está por toda a parte

e, provavelmente, aqui mesmo.

Provavelmente, há partículas
de matéria escura

a atravessar o nosso corpo,
neste momento,

enquanto estamos nesta sala.

Porque estamos aqui na Terra,

e a Terra gira em torno do Sol,

e o Sol desloca-se pela nossa galáxia

a mais de 800 000 km por hora.

Mas a matéria escura
não choca connosco,

simplesmente atravessa-nos.

Como é que aprendemos mais
sobre ela?

O que ela é

e como se relaciona
com a nossa existência?

Para entender como passámos a existir,

primeiro temos de perceber
como surgiu a nossa galáxia.

Esta é uma imagem da nossa galáxia,
da Via Láctea, hoje.

Qual era o seu aspeto
há dez mil milhões de anos?

Ou como será
daqui a dez milhões de anos?

E quanto às histórias

das centenas de milhões de outras galáxias

que já mapeamos em estudos
mais aprofundados do espaço?

Como seriam diferentes
as suas histórias

se o universo fosse feito
de algo diferente?

Ou se houvesse
mais ou menos matéria nele?

Então, o interessante
nesses modelos de universos

é que eles nos permitem
testar essas possibilidades.

Vamos voltar
ao primeiro momento do universo,

apenas uma fração de segundo
após o Big Bang.

Nesse momento inicial,

não havia matéria alguma.

O universo estava a expandir-se
muito rapidamente.

E a mecânica quântica ensina-nos

que a matéria está
permanentemente

a ser criada e destruída.

Nesse momento, o universo
estava a expandir-se tão depressa

que a matéria criada
não podia ser destruída.

Assim, pensamos que toda a matéria
foi criada durante esse período.

Tanto a matéria escura

quanto a matéria normal
que nos constitui.

Agora vamos avançar um pouco

para um momento posterior
à criação da matéria.

depois de se formarem
os protões e os neutrões

depois se formar de o hidrogénio,

cerca de 400 mil anos
depois do Big Bang.

O universo era quente e denso e uniforme,

mas não perfeitamente uniforme.

Esta imagem, feita por um telescópio
espacial, chamado satélite Planck,

mostra-nos a temperatura do universo

em todas as direções.

E o que vemos é que havia locais

que eram um pouco mais quentes
e mais densos do que outros.

As manchas nesta imagem
representam locais

com mais massa ou menos massa
no início do universo.

Aquelas manchas aumentaram
por causa da gravidade.

O universo estava a expandir-se
e a ficar menos denso, no geral,

ao longo dos últimos
13 800 milhões de anos.

Mas a gravidade atuou bem nos locais

onde havia um pouco mais de massa

e atraiu cada vez mais massa
para aquelas áreas.

Tudo isto é um pouco difícil de imaginar,

por isso, vou mostrar
do que estou a falar.

Os modelos digitais de que falei
permitem-nos testar essas ideias,

então vamos dar observar um deles.

Este filme foi feito
pelo meu grupo de investigação,

e mostra o que ocorreu no universo
após os momentos iniciais.

O universo começou
razoavelmente uniforme,

mas havia algumas regiões

com um pouco mais de matéria.

A gravidade passou a atuar
e atraiu cada vez mais massa

para os locais onde já havia
um pouco de matéria extra.

Com o passar do tempo,

há tanta massa num local,

que o gás hidrogénio,

a princípio bem misturado
com a matéria escura,

começa a separar-se dela,

a arrefecer, a formar estrelas,

e temos uma pequena galáxia.

Com o passar do tempo,
ao longo de milhares de milhões de anos,

aquelas pequenas galáxias chocaram,

fundiram-se e cresceram
até se tornarem galáxias maiores

como a nossa própria galáxia,
a Via Láctea.

Agora, o que aconteceria
se não houvesse matéria escura?

Sem matéria escura,

aqueles pontos nunca
se agrupariam de forma suficiente.

Acontece que é preciso, pelo menos,
um milhão de vezes a massa do Sol,

numa região densa,

antes de começarem a surgir estrelas.

Sem matéria escura,

nunca haveria matéria suficiente
no mesmo local.

Vemos aqui dois universos, lado a lado.

Num deles, dá para ver

que as coisas se agrupam rapidamente.

Nesse universo,

é muito fácil formarem-se galáxias.

No outro universo,

as coisas que começaram
como pequenos agrupamentos

permanecem muito pequenos.

Não acontece grande coisa.

Naquele universo,
não teríamos a nossa galáxia.

Ou qualquer outra galáxia.

Não haveria a Via Láctea,

não haveria o Sol,

nós não existiríamos.

Simplesmente não poderíamos existir
naquele universo.

OK, então, essa coisa maluca,
a matéria escura,

compõe a maior parte
da massa do universo,

passa através de nós agora mesmo,
não existiríamos sem ela.

O que é isso?

Bom, não fazemos ideia.

(Risos)

Mas temos várias
hipóteses razoáveis

e muitas ideias
sobre como aprender mais.

Muitos físicos acham
que a matéria escura é uma partícula,

parecida com
partículas subatómicas conhecidas,

como protões, neutrões e eletrões.

O que quer que seja,

tem um comportamento parecido
quanto à gravidade.

Mas não emite nem absorve luz,

e atravessa a matéria normal

como se ela não existisse.

Gostarí­amos de saber
que partí­cula é essa.

Por exemplo, qual o seu peso?

Ou, acontece alguma coisa
se ela interagir com a matéria normal?

Os físicos têm muitas ideias
sobre o que ela poderá ser,

são muito criativos.

Mas é muito difícil

porque essas ideias
abrangem uma enorme variedade.

Poderia ser tão pequena
quanto as menores partículas subatómicas,

mas poderia ser tão grande
quanto a massa de 100 sóis

Então, como descobrimos o que ela é?

Bem, físicos e astrónomos

têm muitas formas
de procurar matéria escura.

Uma das coisas que estamos a fazer
é construir detetores sensíveis

em minas subterrâneas profundas

esperando a possibilidade

de que uma partícula de matéria escura
que atravesse as pessoas e a Terra,

atinja um material mais denso

e deixe atrás de si
um rasto da sua passagem.

Estamos a procurar
matéria escura no céu,

caso partículas de matéria escura

choquem umas com as outras

e criem uma luz de alta energia
que consigamos ver

com telescópios especiais de raios gama.

Estamos até a tentar criar
matéria escura aqui, na Terra,

fazendo colidir partículas
e observando o que acontece,

usando o Grande Colisor de Hadrões,
na Suíça.

Até agora,

todas estas experiências
têm-nos ensinado muito

sobre o que a matéria escura não é.

(Risos)

Mas não ainda sobre o que ela é.

Havia ideias muito boas
sobre o que seria a matéria escura,

que essas experiências
poderiam ter visto,

mas ainda não as viram.

Então temos de continuar a procurar
e a refletir mais.

Agora, outra maneira de ter uma ideia
do que é a matéria escura

é estudar as galáxias.

Já falámos de como a nossa galáxia

e muitas outras galáxias
nem sequer existiriam

sem a matéria escura.

Aqueles modelos também fazem previsões

de muitas outras coisas sobre galáxias:

como se distribuem pelo universo,

como se movem,

como evoluem ao longo do tempo.

Podemos testar essas previsões
com observações do céu.

Então, vou dar dois exemplos

desse tipo de medições
que podemos fazer com as galáxias.

O primeiro é que podemos fazer
mapas do universo com as galáxias.

Faço parte de um estudo,
o "Estudo da Energia Escura",

que fez o maior mapa do universo até aqui.

Medimos as posições e os formatos
de 100 milhões de galáxias

num oitavo do céu.

Esse mapa mostra-nos toda a matéria
nessa região do céu,

inferida pela luz distorcida desses
100 milhões de galáxias.

A luz distorcida de toda a matéria

que estava entre essas galáxias e nós.

A gravidade da matéria é forte
a ponto de curvar o caminho da luz.

E isso fornece-nos essa imagem.

Então esses tipos de mapa

podem-nos dizer
quanto há de matéria escura;

também nos dizem onde ela está

e como ela muda ao longo do tempo.

Estamos a tentar aprender
do que o universo é feito

em escalas muito grandes.

Acontece que as galáxias
mais pequenas do universo

fornecem algumas das melhores pistas.

Porque é que isso acontece?

Estes são dois exemplos
de universos simulados,

com dois tipos distintos
de matéria escura.

Ambas as imagens
mostram uma região

em torno de uma galáxia
como a Via Láctea.

E é possível ver uma porção
de outras matérias em volta,

pequenos agrupamentos.

Na imagem da direita

as partículas de matéria escura

movem-se mais devagar
do que as da imagem da esquerda.

Se essas partículas de matéria negra
se movem muito depressa,

a gravidade nos agrupamentos
mais pequenos não é bastante forte

para desacelerar essas
pequenas partículas.

E elas continuam,

nunca colidem
com esses pequenos agrupamentos.

Temos menos agrupamentos
do que no universo da direita.

Sem esses pequenos agrupamentos,

temos menos galáxias pequenas.

Se olharmos para o céu meridional,

conseguimos ver duas
dessas galáxias pequenas,

as maiores entre as pequenas galáxias
que orbitam a nossa Via Láctea:

a Grande Nuvem de Magalhães
e a Pequena Nuvem de Magalhães.

Nos últimos anos,

detetámos várias outras
galáxias ainda mais pequenas.

Esse é um exemplo de uma delas

que detetámos no mesmo
estudo de matéria escura

que usámos para fazer
mapas do universo.

Algumas dessas galáxias muito pequenas,

são extremamente pequenas;

algumas têm apenas
umas centenas de estrelas

em comparação com as centenas
de milhares de milhões de estrelas

na Via Láctea.

Isso torna-as bem difíceis
de serem encontradas.

Mas, na última década,

chegámos a encontrar
várias dessas galáxias.

Conhecemos agora 60
dessas pequenas galáxias

a orbitar a nossa Via Láctea.

Essas criaturinhas
são uma boa pista para a matéria escura,

porque a simples existência
dessas galáxias diz-nos

que a matéria escura não pode
estar a mover-se muito depressa,

e não pode acontece grande coisa
quando ela colide com a matéria normal.

Nos próximos anos,

faremos mapas do céu
muito mais precisos.

E isso ajudar-nos-á
a melhorar os nossos filmes

de todo o universo
e de toda a galáxia.

Os físicos também estão a fazer
experiências novas e mais sensíveis

para tentar captar algum sinal
de matéria escura nos seus laboratórios.

A matéria escura ainda é
um grande mistério.

Mas vivemos numa época bem
muito excitante para investigá-la.

Temos indícios muito claros
da sua existência.

Da escala das galáxias mais pequenas

à escala de todo o universo.

Vamos realmente descobri-la?
E entender o que ela é?

Não faço a menor ideia.

Mas vai ser divertido descobrir.

Temos muitas possibilidades
de descoberta,

e definitivamente vamos aprender mais
sobre o que ela faz

e sobre o que não faz.

Independente de acharmos
essa partícula dentro em breve,

espero ter-vos convencido

de que esse mistério
está na verdade muito perto de nós.

A procura da matéria escura

pode ser a chave
para um novo entendimento da Física

e do nosso lugar no universo.

Obrigada.

(Aplausos)