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25 - 29 de junho de 2001
Congresso
ONDE ESTÁ A MATÉRIA?
Durante a semana de 25 a 29 de junho de 2001, realizou-se em Marselha um congresso internacional reunindo duzentos participantes, dos quais catorzecentos apresentaram trabalhos, com o tema "Onde está a matéria?". Havia também um subtítulo:
Rastreando a matéria luminosa e a matéria escura com as novas gerações de levantamentos em grande escala
Tradução:
Cartografia da matéria visível e da matéria escura
utilizando os novos meios de observação em grande escala.
Essas palavras têm grande importância. Elas situam imediatamente este congresso dentro de um paradigma. Presume-se assim que o universo é único e possui dois componentes: um acessível aos nossos meios de observação (na faixa do visível, ultravioleta, infravermelho, em resumo, onde se realizam observações baseadas em ondas eletromagnéticas) e outro que, por enquanto, escapa a esse tipo de investigação e é descrito sob o termo genérico de "matéria escura", em inglês "Dark Matter". Como realizar observações, como cartografar essa matéria escura? Por um lado, com base nos efeitos de lente gravitacional, que geralmente se mostraram excessivamente intensos para serem explicados apenas pela presença da matéria visível — seja nas galáxias, seja nos aglomerados de galáxias; por outro lado, a partir dos parâmetros cinéticos dos objetos observados.
Antes mesmo de se evidenciarem esses efeitos de lente gravitacional "anormalmente intensos", pessoas como Fritz Zwicky, com base na análise das curvas de rotação das galáxias ou na medição das velocidades de agitação das galáxias nos aglomerados, já haviam concluído que a matéria detectada ópticamente não poderia garantir a coesão desses conjuntos. Por curvas de rotação entende-se as medições realizadas sobre o gás interestelar, em órbita no campo gravitacional geral, obtidas por meio do efeito Doppler-Fizeau. Esse gás, evidentemente, girava muito rápido, especialmente em sua periferia (presença de um "plateau" característico). Os aglomerados de galáxias são comparados a "aglomerados de gás", em que as galáxias seriam as "moléculas". As "velocidades próprias" das galáxias, como as chamam os astrônomos, tornam-se equivalentes às velocidades de agitação térmica das moléculas de um gás, distribuídas aleatoriamente em todas as direções. Mantendo essa analogia com o gás, a combinação das velocidades "de agitação térmica" e da densidade fornece o que se chama pressão (medida da densidade de energia cinética de agitação, por unidade de volume). Uma nuvem de gás interestelar não se dispersa porque a força gravitacional equilibra as forças de pressão que tendem a espalhá-la. Se um aglomerado de mil galáxias for comparado a um tipo de aglomerado de gás, pode-se dizer também que as forças de pressão que tendem a dispersá-lo, calculadas com base nas medições das velocidades de agitação das galáxias e da massa detectada, são excessivamente intensas para serem contrabalançadas pela força gravitacional. Pensando de outra forma, conhecendo a massa do aglomerado, pode-se calcular uma velocidade de escape. Como observou Zwicky, as velocidades individuais das galáxias superam a velocidade de escape do aglomerado ao qual pertencem. Se uma força adicional não estivesse atuando, essas galáxias já teriam abandonado o aglomerado há muito tempo. O mesmo vale para as estrelas nas galáxias. O problema é, portanto, plenamente real. A questão está na interpretação que se dá a esse fenômeno.
A resposta unânime dos astrônomos atualmente tem um nome: "matéria escura", embora ninguém tenha conseguido indicar qual poderia ser a natureza dessa "matéria escura". Mas ninguém duvidou, mesmo por um instante, de que os efeitos observados pudessem derivar de algo diferente da presença de um componente, ainda não observado, com massa positiva, calmamente localizado em nosso (único) universo. Nesse contexto, os trabalhos de "cartografia do invisível" já começaram. Inicialmente, limitou-se a afirmar "em tal aglomerado de galáxias deve existir uma certa massa M para que esse aglomerado não exploda, ou, o que é o mesmo, para explicar os fortes efeitos de lente gravitacional que ele produz (imagens múltiplas, galáxias no plano de fundo deformadas, essa deformação chegando até o alongamento em arcos)". Posteriormente, os astrofísicos, como Albert Bosma, do Laboratório de Astrofísica de Marselha, ao qual pertenço, adicionaram empiricamente "halos" de matéria escura, de natureza não especificada, de modo a "ajustar as curvas de rotação", termo anglicismo que designa a ação de recuperar, por esse método empírico, as leis de velocidade correspondentes aos valores observados. Um número crescente de pessoas agora trabalha exclusivamente em calcular a distribuição da matéria nesses halos invisíveis de matéria escura. Isso é chamado de "teorias de ordem zero". Essa atividade, que não exige nenhuma competência especial, é puramente técnica. As pessoas que nela se dedicam não buscam fornecer indicações sobre a natureza da "matéria escura" que cartografam empiricamente, e muito menos sobre os processos que geraram sua presença nas galáxias. Não conhecendo nem a natureza nem a origem desse componente, é ainda mais impossível construir uma "dinâmica galáctica". No congresso em questão, ouvi uma americana fazer um balanço dos modelos em que se tenta descrever a formação de galáxias (a partir de matéria escura fria, em inglês "cold dark matter" ou "CDM"). Todos esses modelos, evidentemente, baseiam-se apenas na lei de Newton (mais um computador gigantesco que processa tudo isso). Eles permanecem pouco convincentes no sentido de que, independentemente das condições iniciais introduzidas, as "protogaláxias" formadas possuem momentos angulares muito fracos. Assim, uma das questões levantadas por esses "novos teóricos" (lei de Newton + computador potente) era: "de onde vem o momento cinético das galáxias?" Estamos bem no nível das "teorias de ordem zero", quer se trate de cartografias, quer de tentativas de simulações.
Desde 1999, astrofísicos como Yannick Mellier e Fort, seguidos por meia dúzia de equipes em diferentes pontos do mundo, produziram os resultados de seis anos de trabalho, correspondentes a um amplo programa. Se a matéria escura estivesse presente no universo, especialmente nos aglomerados de galáxias, ela produziria efeitos de lente gravitacional. No extremo, isso produz imagens quase kaleidoscópicas, como o telescópio Hubble nos mostrou, onde objetos situados atrás de um aglomerado explodem em um conjunto de imagens múltiplas, produzindo eventualmente um ou mais arcos gravitacionais.
Compreende-se então que, quando as supostas concentrações de matéria escura são menores, elas induzem apenas distorções simples nas imagens das galáxias, conferindo à sua imagem uma elipticidade adicional, apenas por efeito óptico, que se sobrepõe à sua elipticidade real. Mellier, Fort e aqueles que os seguiram desenvolveram um método de processamento de imagens onde o computador detecta as anisotropias locais das imagens (partindo da hipótese de que, na ausência de efeito de lente gravitacional, os eixos principais das imagens elípticas das galáxias deveriam estar distribuídos aleatoriamente...