f120

O "modelo"
da matéria escura (dark
matter).

...Vimos acima a lista impressionante de problemas ligados, só
para começar, à astrofísica. As galáxias giram rápido demais, por
exemplo. A massa recenseada é 3 a 5 vezes fraca demais para contrabalançar
a força centrífuga. Situação pior ainda para os aglomerados de galáxias. Um problema
já antigo, pois tinha sido inicialmente assinalado por Fritz Zwicky, há dezenas de anos.

...Como
sair disso? É preciso revisar a lei de Newton? Alguns simplesmente
sugeriram que as galáxias, os aglomerados de galáxias e mesmo
o universo inteiro, pudessem abrigar em seu seio uma massa (contribuindo
para o campo de gravidade) que teria até aqui escapado à
observação. De que poderia se tratar? Por exemplo, de estrelas pouco
emissivas. Encontrou-se um nome para esses objetos: os MACHOS (massive
compact halo objects, ou seja, objetos compactos e massivos, localizados
no halo das galáxias: a porção do espaço galáctico situada
dentro e fora do "disco"). Modo de detecção: ocultação de
fontes situadas no plano de fundo, essencialmente estrelas.
Método: efetuar um acompanhamento de um número muito grande de estrelas
e evidenciar quedas de luminosidade, cuja evolução
no tempo diferiria das flutuações correspondentes às estrelas
variáveis.

Resultados: decepcionantes.

...Outra
hipótese: as "partículas exóticas", por exemplo neutrinos massivos
(dotados de uma fraca massa). Mas nenhuma evidência até
hoje de uma eventual massa dos neutrinos.

....Outro
candidato, caro à astrofísica Françoise Combes: hidrogênio
frio, a muito baixa temperatura, portanto praticamente inobservável.

...Essa
matéria escura permitiria então dar conta dos fortes efeitos
de lente gravitacional, aparentemente ligados às galáxias e aos
aglomerados de galáxias (arcos gravitacionais). Muitos consideram esses efeitos
como uma "prova irrefutável" da existência dessa matéria
não detectada.

...É então possível dar conta de qualquer coisa e de qualquer outra coisa
salpicando habilmente o universo de matéria escura, nos lugares certos.
Trata-se, portanto, de uma teoria perfeitamente ad hoc. Alguns, aliás, nem sequer se preocupam
em justificar a origem desse componente, sua natureza,
sua origem, nem mesmo em descrever sua dinâmica, contentando-se
em dizer que se trata de uma nova astronomia, "onde se cartografa
doravante o invisível". Equipes estão em ação, que
empreenderam levantar mapas da distribuição de matéria escura.

...Esta
permite amarrar a estrutura em grande escala do universo,
e assim "justificá-la". Em outros lugares produz-se uma distribuição de matéria
escura que permite não somente justificar a coesão das galáxias,
mas a forma de suas curvas de rotação. Tudo isso se publica abundantemente
e sem problemas (astrophysical Journal, Astronomy and Astrophysics,
etc...). Distingue-se aí a "matéria escura fria" e a "matéria
escura quente".

Certas especulações
parecem, portanto, "lícitas".

A questão da constante cosmológica e da idade do universo.

Situemos primeiro sua origem.
Munido de sua equação de campo:

S = c T

...Einstein
logo procurou construir um modelo de universo

(1917). Mas como ignorava que este era instacionário, ele
procurou então construir um modelo estacionário.
Deparou-se então com numerosos problemas e foi visitar
o matemático francês Elie Cartan, o qual lhe declarou:

• Pode-se modificar sua equação. Proponho-lhe:

S = c T -Lg

onde g é o tensor métrico
e L uma constante. Assim a equação
permanece bem tensorial e sua solução sempre invariante por mudança
de coordenadas.

• Mas, qual é o
  significado físico dessa constante L
  ?

• Isso, meu caro, é
  seu problema. Eu sou matemático.....

A partir de uma equação de campo, colocando-se na hipótese
em que a curvatura é fraca e as velocidades de agitação térmicas fracas
diante da velocidade da luz c, pode-se reencontrar a dinâmica newtoniana.
A força de Newton encontra-se então dotada de um termo corretivo:

...Esse
termo corretivo era assim proporcional à distância. A denominação
"poder repulsivo do vazio" é correntemente utilizada (ou atrativo,
tudo depende do sinal escolhido para essa constante arbitrária L).

...Esse
poder repulsivo do vazio era a pedra angular que permitia
ao universo estacionário de Einstein conhecer um equilíbrio
(instável, aliás). Mas, muito rapidamente:

• A descoberta
  de Edwin Hubble deu conta de um red shift z, assimilado a
  um movimento geral de expansão cósmica (Efeito Doppler). Portanto
  adeus modelo de universo estacionário.

• O russo Friedmann
  publicou no mesmo momento as soluções instacionárias da equação
  de campo, sem constante cosmológica.

Descontente, Einstein
retirou-se sob sua tenda dizendo:

• Se eu tivesse sabido que
  o universo era instacionário, teria encontrado antes de Friedmann
  !

...Essa
constante cosmológica mergulhou então num quase esquecimento durante décadas.
Alguns avançaram argumentos preconizando sua necessária
nulidade. O fato é que, referindo-se a ações
a muito grandes distâncias, ela só fazia sentir sua ação
de maneira tardia, quando a dimensão característica R(t)
do universo tinha atingido "um valor suficiente".

...As
medidas de red shift, de velocidade radial das galáxias, permitem calibrar
a lei de Hubble, que decorre da solução da equação de
campo e que diz simplesmente:

A velocidade de fuga
é proporcional ao red shift z

A constante de proporcionalidade
chama-se constante de Hubble Ho.

....Um
parêntese para os que o ignoram. Um átomo, em laboratório, imóvel
em relação ao aparelho de medida, emite por exemplo uma radiação
correspondente a um comprimento de onda l. Por
efeito Doppler o mesmo átomo, em movimento, dará um comprimento
de onda: l' = l+ D
l

Põe-se:

Se D
l é positivo
: a fonte se afasta: red shift.

Se D
l é negativo,
a fonte se aproxima: "blue shift".

A constante de Hubble
aparece igualmente na lei de expansão R(t) em função do
tempo:

...Sabe-se que há na verdade três modelos de Friedmann, que não diferem
senão pela descrição que dão do futuro longínquo do cosmos.

No esquema
a seguir, onde se supõe estar "bastante longe"
desse futuro longínquo do universo, as três curvas são confundidas.

...Portanto
o conhecimento da lei de expansão cósmica, da constante de Hubble,
permite imediatamente, segundo esse modelo (com constante cosmológica
nula) deduzir a idade do universo.

...Imaginemos
que tirássemos uma fotografia instantânea da explosão de uma
granada. O tempo de pose daria um certo borrão aos objetos, o que permitiria
avaliar sua velocidade, portanto calcular, examinando uma simples foto,
o momento em que a explosão começou. A explosão cósmica
é certamente diferente da explosão de uma granada, por
sua dinâmica, pois a força de gravitação, freando a expansão, retarda
esta progressivamente.

...Os
objetos do cosmos são animados de movimentos próprios, à
maneira das moléculas de um gás, que são animadas de um
movimento de agitação térmica. Fala-se aliás de "fluido cosmológico",
um "gás" cujas moléculas seriam as galáxias.

...Para
poder avaliar a constante de Hubble era preciso, portanto, assentar as
medidas sobre objetos suficientemente distantes, portanto animados de velocidades
suficientemente fortes para que estas excedessem o valor médio da
velocidade de agitação de uma galáxia em seu aglomerado (da ordem de 500 a
1000 quilômetros por segundo).

...O
problema continuava sendo a avaliação da distância. Ver uma galáxia
num clichê é uma coisa, avaliar sua distância é
outra. Para isso é preciso conhecer sua magnitude absoluta,
a quantidade de luz que ela supostamente emite.
Durante muito tempo os astrônomos não estiveram de acordo sobre a avaliação
dessa constante de Hubble (na matéria, um grande contestador
foi o astrônomo francês de Vaucouleurs, trabalhando nos EUA).

...As
estrelas mais velhas de nossa própria galáxia pertencem aos aglomerados
estelares, como o aglomerado de Hércules. Até aqui os astrônomos estavam
todos de acordo em situar sua idade máxima em torno de 15 bilhões de anos
(mas alguns chegavam mesmo a 20 ou mesmo 22....).
Todo o jogo consistia então em ajustar a avaliação de Ho para
não se afastar demais dessa idade das estrelas mais velhas.

...Em 1993 os astrônomos puderam, com a ajuda
do telescópio espacial Hubble, observar cefeidas
em galáxias extremamente distantes (55 e 48 milhões de anos-luz).
A cefeida é o padrão de distância por excelência,
pois se supõe conhecer a lei que liga seu período
de flutuação e a quantidade de luz que elas emitem,
sua magnitude absoluta (lei de Henrietta Leawitt, 1912). Medindo, com
a ajuda do telescópio, sua magnitude aparente, deduz-se
sua distância.

...As
medidas efetuadas sobre galáxias, em 93-94, dividiram a
distância que se tinha estimado até aqui por quase um fator dois.
De repente a idade do universo caía para 8 ou 9 bilhões de anos
e este se tornava ... mais jovem que as estrelas que continha.
E a revista Nature, em 1994, conclui "vai ser preciso recolocar o modelo
na oficina".

...Desde
então, dois fatos novos intervieram. A lei sobre as cefeidas,
para ser explorável, deve ser calibrada. Se se admite
que existe uma relação entre o período dessas estrelas variáveis
e sua magnitude absoluta, a quantidade de luz que elas emitem,
ainda é preciso dispor de medidas de distâncias independentes. Estas
são fornecidas pelo método da paralaxe, de Bessel. Serve-se então
do deslocamento sazonal da Terra em torno do sol, tomando
duas posições diametralmente opostas. Para uma estrela
dada, relativamente próxima, em relação a um fundo de estrelas
muito distantes, nas duas épocas do ano
ter-se-á duas posições diferentes, correspondendo a um certo
desvio angular Dq .

...Esse método tem seus limites. Quanto mais distante
é a estrela, maior é a margem de erro. As medidas em distâncias
foram recentemente recalibradas utilizando o satélite Hipparcos.
Segundo os especialistas a análise dos dados relatados
pelo satélite teria conduzido a uma revisão das distâncias
estimadas para as cefeidas que servem classicamente
à calibração da lei, sua distância crescendo por um fator
1,2 a 1,4. Assim as galáxias nas quais o satélite Hubble tinha
detectado cefeidas não eram "tão
próximas assim", portanto o universo "não tão jovem assim". Por seu
lado, os que avaliavam a idade das estrelas mais velhas dos aglomerados
estelares de nossa galáxia fizeram sérios
esforços para baixo e "tudo volta à ordem", estimam alguns.

Admitamos...

...A outra
solução "clássica" consiste, como o tinha feito Lachièze-Rey, em
retirar, na urgência, a constante cosmológica L
de sua naftalina. Dotada do bom sinal (poder repulsivo do vazio)
esta tem por efeito relançar a expansão:

A lei:

cessa, portanto, de ser válida, ou fornece uma idade mais curta. De fato,
através desse modelo "de geometria variável"
pode-se sempre escolher um valor de L que se enquadre
com qualquer valor da idade do universo, por exemplo o de
suas estrelas mais velhas. Alguns chegaram mesmo a
dizer que isto dava simplesmente uma medida de L
.

...A
querela que divide os astrônomos a respeito da idade do universo parece
longe de se extinguir. Entre os otimistas que, apoiando-se numa recalibragem
recente das cefeidas, dilatam o conjunto do universo
próximo (como por exemplo a distância da galáxia de Andrômeda) e
admitem uma reavaliação para baixo da idade
das estrelas mais velhas, e os alarmistas, que pensam que as medidas
de Hubble levantam um real problema, que posição
adotar?

A de uma espera prudente,
sem dúvida.

Sumário
artigo Sumário
Ciência Página
Inicial

Página precedente Página
seguinte

Retorno para
Guia-Ciências Número de consultas a esta página desde 1° de julho de 2004
: