Novas pesquisas sugerem que a matéria escura, a substância mais intrigante e misteriosa do universo, pode não existir. Mas a remoção da matéria escura dos nossos modelos cosmológicos pode depender da possibilidade de a gravidade se comportar de forma diferente em escalas muito grandes, diz um cientista.
Matéria escura tem sido uma pedra no sapato dos físicos porque, apesar de superar a matéria comum numa proporção de 5 para 1, permanece efectivamente invisível. Isso porque não interage com a luz, ou mais tecnicamente, radiação eletromagnética. Porque as partículas que compõem os átomos que constituem as estrelas, os planetas, as luas, os seres vivos e tudo o que vemos ao nosso redor, fazer interagir com a luz, os cientistas têm procurado partículas que possam constituir a matéria escura. No entanto, esta adição à física de partículas, que até agora escapou a todas as tentativas para a descobrir, não é necessária se estivermos errados sobre como a gravidade se comporta nas escalas galácticas. Pelo menos é isso que sugere Naman Kumar, do Instituto Indiano de Tecnologia.
“O mistério da matéria escura – invisível, difundido e essencial na cosmologia padrão – paira sobre a física há décadas”, disse Kumar. escreveu para Phys.org. “Em novas pesquisas, exploro uma possibilidade diferente: em vez de postular novas partículas, proponho que talvez a própria gravidade se comporte de maneira diferente nas escalas maiores.”
A única razão pela qual os cientistas inferiram a presença de matéria escura é que esta estranha matéria faz interagir com a gravidade. Na verdade, o primeiro indício de matéria escura veio do facto de se ter observado que as galáxias giravam tão rapidamente que, se a gravidade da sua matéria visível fosse a única força que atuasse para mantê-las unidas, já teriam se separado há muito tempo.
Outra linha de evidência vem de um fenômeno chamado “lente gravitacional“que ocorre quando o caminho geralmente reto da luz é curvado por uma depressão na estrutura do espaço gerada por objetos de grande massa. Descobriu-se que essa deflexão é extrema demais para ser explicada pela matéria visível nas galáxias em lente. Conseqüentemente, os físicos inferiram que as galáxias estão incrustadas com vastos halos de matéria escura que se estendem muito além de seus halos de estrelas.
O facto de a única evidência da matéria escura provir do seu efeito gravitacional no espaço e, por extensão, na matéria quotidiana ou “bariónica”, explica porque é que uma teoria modificada da gravidade poderia eliminar a necessidade da existência de matéria escura.
Não seja um quadrado
Para investigar isso, Kumar olhou para a gravidade através das lentes da teoria quântica de campos e em escalas muito pequenas equivalentes ao comprimento de onda da luz infravermelha, um chamado “esquema de execução infravermelha”. Isso envolvia não assumir que a teoria de Newton constante gravitacionalou “Big G”, pode mudar ou “executar” em diferentes escalas de comprimento.
“O que surgiu foi um caso teórico convincente para um cenário em que a força efetiva da gravidade muda sutilmente ao longo das distâncias galácticas”, escreveu Kumar.
A gravidade é apenas um exemplo na física de uma “lei do inverso do quadrado” de 1/r^2, o que significa que sua força diminui pelo quadrado da distância de uma fonte; quando a distância de um corpo gravitante dobra, sua gravidade se torna quatro vezes mais fraca. Se a distância triplicar, a influência gravitacional se tornará nove vezes mais fraca.
Considerando seu esquema de funcionamento no infravermelho, Kumar encontrou um potencial gravitacional que se desvia da lei usual da força inversa, levando a uma força de longo alcance de 1/r. Isto pode levar ao tipo de rotação observada nas galáxias que atualmente é atribuída aos halos de matéria escura.
“Estes resultados sugerem que o cenário infravermelho poderia explicar a rotação da galáxia sem invocar um componente dominante de matéria escura fria”, explicou Kumar.
Como seria de esperar, como se considera que a matéria escura representa 85% da matéria do universo, é lógico que removê-la dos nossos modelos do cosmos tem implicações significativas para a compreensão de como o universo evoluiu e continua a evoluir. Contudo, o modelo de Kumar pode ajustar-se bem às expectativas e observações actuais.
“No universo primitivo – no momento da radiação cósmica de fundo em micro-ondas e durante a formação da estrutura – qualquer mudança na gravidade deve ser pequena o suficiente para evitar conflito com medições cosmológicas de precisão”, escreveu Kumar. “Dentro da estrutura de funcionamento do infravermelho, as correções crescem lentamente com a escala e o tempo, preservando a concordância com as restrições do universo inicial, ao mesmo tempo que se tornam relevantes apenas em épocas posteriores e em grandes escalas.”
O próximo passo para a teoria da gravidade infravermelha de Kumar será ver como ela se compara às medições de lentes gravitacionais e à reunião de aglomerados de galáxias, que atualmente se pensa ocorrer em torno de uma estrutura de matéria escura.
“Meu trabalho abre um caminho para a compreensão dos fenômenos da matéria escura não como partículas perdidas, mas como uma característica sutil da própria gravitação – uma consequência profunda da dependência de escala em uma teoria quântica de campo da gravidade”, concluiu Kumar. “Embora esta abordagem ainda não substitua totalmente a matéria escura no modelo cosmológico padrão – especialmente na explicação da formação detalhada da estrutura e dos dados de lentes – ela destaca a possível complexidade oculta da gravidade e convida a uma reavaliação de onde se originam os efeitos da matéria escura.”
A pesquisa de Kumar foi publicada na revista Cartas de revisão física B.
