Matéria escura gravitação cosmologia astrofísica

Reprodução do artigo do Le Monde de sexta-feira, 17 de março de 2000

Se a matéria escura desvia o curso da luz, é porque ela existe

A distorção das imagens de galáxias distantes prova a existência de objetos invisíveis de grande extensão. Há anos, os astrônomos procuram evidenciar a matéria escura (90% da matéria no universo). Muitas hipóteses foram propostas para explicar a natureza deste meio que escapa aos telescópios: objetos massivos (anãs marrons) e partículas elementares (neutrinos). Mas os cálculos não batem. Por isso, acredita-se que essa matéria possa ser composta por partículas teóricas ainda por descobrir. Os astrônomos são categóricos: 90% da matéria do universo escapam aos objetivos de seus telescópios. Apenas aparecem nas imagens as galáxias e os bilhões de estrelas que as compõem, as nebulosas escuras ou brilhantes que enfeitam o céu e flashes gigantescos de energia cujos mecanismos de produção ainda não são totalmente compreendidos (...). Graças aos avanços da tecnologia, novas janelas se abriram no infravermelho, ultravioleta, raios X e raios gama. Mais recentemente, os astrônomos abriram a astronomia dos neutrinos, partículas fugazes que contribuiriam significativamente para a massa do universo. ...Mas os teóricos sabem bem que, mesmo assim, a maior parte do universo escapa à comunidade astronômica, que não pode se contentar com o campo de experiência restrito — 10% do todo — que lhe é oferecido. É por isso que, há muitos anos, eles buscam evidenciar essa famosa matéria escura, componente principal do nosso universo. Uma equipe do Instituto de Astrofísica de Paris, associada a astrônomos franceses (CEA Saclay, Telescópio Canadá-França-Havaí (CFHT) e Laboratório de Astronomia Espacial de Marselha) e estrangeiros (Canadá, Alemanha, Estados Unidos), acabou de abrir uma janela sobre esse mundo. Pouco antes, uma equipe britânica liderada por Richard Ellis (Cambridge e Caltech) e uma americana conduzida por Tyson (Bell Labs, Nova Jersey) confirmaram parcialmente esses resultados.

Como os pesquisadores superaram o invisível e confirmaram a existência dessa matéria escura? Através de um princípio segundo o qual a luz se curva próximo a uma enorme massa de matéria (Sol, aglomerados de galáxias), sob a ação da gravidade. Essa hipótese já foi muitas vezes confirmada. Mas os astrônomos se perguntaram se o mesmo efeito poderia ser observado com a matéria escura, supostamente pouco densa, mas presente em quantidades consideráveis. Se fosse o caso, essa matéria escura revelaria sua presença sem poder ser vista diretamente. "Astigmatismo cósmico". "Em 1991", explica Yannick Mellier, do Instituto de Astrofísica de Paris, "a teoria previa que objetos distantes, como galáxias, poderiam, devido à presença de grandes massas de matéria escura no caminho de sua luz, aparecer ligeiramente distorcidos, apresentando formas alongadas em elipse. Mas, segundo os cálculos, esse efeito de astigmatismo cósmico era tão fraco que detectá-lo era quase impossível." Além disso, os pesquisadores careciam, na época, de um modelo teórico para validar possíveis medições, assim como de câmeras suficientemente potentes para realizá-las. Desde então, a câmera CFH 12K foi desenvolvida e o canadense Ludovic Van Waerbeke criou ferramentas de processamento adequadas a este programa de pesquisa. Após cinco anos analisando cerca de 200.000 galáxias distantes fotografadas pelo telescópio Canadá-França-Havaí, os pesquisadores finalmente alcançaram seus objetivos. Hoje, nas imagens do fundo do céu obtidas pelo CFHT, após um processamento adequado, aparecem centenas de pequenas elipses de cor verde-água, que são tantas galáxias. ...Pode-se, então, concluir que esse fenômeno é realmente fruto de um efeito gravitacional sobre a luz emitida pelas galáxias? "Certamente", responde Yannick Mellier. "Na ausência de matéria no caminho dos raios luminosos — ou seja, sem efeito gravitacional —, até galáxias elípticas aparecem como pequenos pontos redondos. No caso contrário, a imagem está coberta de pequenas elipses. Além disso, o efeito gravitacional tende a organizar essas galáxias. Um pouco como um ímã que orienta o pó de ferro segundo as linhas do campo magnético a que está submetido."

Partículas ainda desconhecidas. São essas imperceptíveis distorções e essa reorganização das galáxias que permitem afirmar que a luz foi desviada de sua trajetória por filamentos de matéria difusa e invisível. Uma matéria cuja densidade é baixa (ao contrário da do Sol e dos aglomerados de galáxias), mas cujos efeitos são perceptíveis devido à sua extensão considerável: de 100 milhões a 1 bilhão de parsecs (1 parsec equivale a 3,36 anos-luz). Para comparação, nossa galáxia mede apenas 34.000 parsecs em seu maior comprimento. ...No modelo tridimensional que a equipe francesa reconstruiu em computador, o efeito é impressionante. Durante seu percurso até nós, a luz muda constantemente de direção próximo a esses filamentos, que formam algo como um queijo suíço no espaço que ocupam. Uma estrutura que conta a história do universo e revela as condições iniciais de sua formação. Pois a matéria escura, que escapa aos nossos olhos, não é da mesma natureza (bariônica) que a matéria de que as estrelas e nós mesmos somos feitos. Segundo os teóricos, ela seria composta por partículas — WIMPs, axions, partículas supersimétricas, etc. — ainda por descobrir. ...Uma nova porta acabou de se entreabrir, aos astrônomos de se lançarem nela. Eles deverão fazê-lo em breve com a instalação, em dois anos, no CFHT, de uma câmera quatro vezes maior, a MégaCam, desenvolvida pelo CEA de Saclay. Em um futuro mais distante, imagina-se a instalação de uma rede de cerca de cem telescópios de um metro de diâmetro e o lançamento de um satélite americano, o Snapsat, dedicado a estrelas explosivas (supernovas), mas capaz também de rastrear os efeitos da matéria escura.

Jean-François Augereau