Num estudo publicado recentemente, físicos de partículas da Universidade da Califórnia em Riverside teorizam que a matéria escura poderia ser explicada pela existência de uma nova dimensão no espaço-tempo.
Na astrofísica, o matéria escura é uma forma de matéria (ainda teórica) que representa cerca de 85% da matéria do universo. A existência desta força invisível está implícita através de uma variedade de observações no universo, incluindo efeitos gravitacionais que não podem ser explicados por teorias aceitas da gravidade. Dado que a matéria escura não parece absorver, reflectir ou emitir radiação electromagnética, medir ou fornecer provas definitivas da sua existência tem sido até agora impossível.
O estudo da quarta dimensão
Em um artigo de pesquisa publicado no Journal of High Energy Physics, uma equipe de físicos da UC Riverside afirma que a presença de uma quarta dimensão poderia explicar a existência da matéria escura e explicar por que ela permanece invisível.
“Nosso universo observado tem três dimensões de espaço. Propomos que possa haver uma quarta dimensão. A dimensão extra pode explicar por que a matéria escura se escondeu tão bem das nossas tentativas de estudá-la em laboratório”, diz o Dr. Felipe Tanedo, professor assistente de fisica e astronomia na UC Riverside e co-autor do novo estudo, em um comunicado à imprensa.
A quarta dimensão? Uma caçada que já dura muito tempo
Antes da hipótese de uma nova dimensão obscura, a existência de forças invisíveis já era teorizada há muito tempo.
Foi proposto pela primeira vez pelo físico e engenheiro matemático William Thomson em 1884.
Thomson também é conhecido como Lord Kelvin por ter sido o primeiro cientista britânico a ser elevado à Câmara dos Lordes.
Thomson estimou que a massa da Via Láctea diferia da massa luminosa das estrelas visíveis, concluindo que "muitas das nossas estrelas, talvez a grande maioria delas, são talvez corpos escuros".
No século seguinte, os cientistas fizeram inúmeras observações indiretas apoiando a proposta de existência de “corpos escuros” de Thomson, ou a presença de algum tipo de matéria invisível que desempenha uma influência significativa no universo.
Não vemos, mas sabemos que está lá
A principal evidência da existência de uma força invisível vem de cálculos que mostram que as galáxias não se formariam ou se moveriam como fazem sem grandes quantidades de matéria invisível.
Até agora, os cientistas não conseguiram detectar directamente a matéria escura, o que levou a maioria dos físicos a concluir que a substância deve ser constituída por partículas não bariónicas ou partículas subatómicas cuja massa é inferior à de um protão. A evidência indirecta, contudo, tem sido suficientemente forte para levar a maior parte da comunidade científica a aceitar em geral a existência da matéria escura (e de quatro dimensões, na verdade: PELO MENOS quatro).
“Vivemos num oceano de matéria escura, mas sabemos muito pouco sobre o que poderá ser”, disse Tanedo. “É uma das incógnitas conhecidas mais irritantes da natureza. Sabemos que existe, mas não sabemos como procurá-lo ou por que não apareceu onde esperávamos."
Uma 4ª dimensão poderia explicar a matéria escura?
No novo artigo, Tanedo e seus colegas sugerem que as partículas de matéria escura não se comportam como partículas.
“O objetivo do meu programa de pesquisa nos últimos dois anos é estender a ideia da matéria escura ‘conversando’ com as forças das trevas”, disse Tanedo no comunicado de imprensa da UC Riverside. “Ao longo da última década, os físicos perceberam que, além da matéria escura, outras forças escuras ocultas podem governar as interações da matéria escura. Confirmar a sua existência poderia reescrever completamente as regras sobre como procurar matéria escura.”
Tanedo reitera que esta operação das “forças das trevas” pode ser descrita matematicamente por uma teoria que inclui uma quarta dimensão adicional.
A matéria escura apareceria como uma sequência contínua de partículas adjacentes nesta quarta dimensão escura. Isto explicaria como a matéria escura causa alguns dos comportamentos curiosos observados em pequenas galáxias.
Uma dimensão extra, uma ideia recorrente
Embora a existência de uma nova quarta dimensão pareça sensacional, Tanedo explicou que as dimensões extras são simplesmente um truque matemático para descrever até mesmo teorias comuns.
Afinal, a ideia de que a existência é composta por uma dimensão, ou melhor, por muitas mais dimensões extras, também é comumente referida na Teoria das Cordas ou na do universo holográfico.
Pensando de uma forma não convencional
Os exames anteriores da matéria escura concentraram-se principalmente em teorias que explicam comportamentos semelhantes às partículas visíveis. Tanedo e seus colegas pesquisadores dizem que sua nova abordagem para a quarta dimensão explora novas possibilidades não consideradas antes.
As forças ordinárias podem ser descritas como um único tipo de partícula com uma massa fixa.
A teoria proposta previa que partículas invisíveis podem ser descritas por um número infinito de partículas diferentes com massas diferentes chamadas contínuas.
Forças diferentes
Os investigadores dizem que a força contínua destas partículas invisíveis seria muito diferente das forças sentidas pela matéria comum. “Para a força gravitacional ou elétrica que ensino em meu curso introdutório de física, quando você dobra a distância entre duas partículas, você reduz a força por um fator de quatro. Já uma força contínua é reduzida por um fator de até oito”, explicou Tanedo.
No artigo, os físicos da UC Riverside afirmam ter descoberto que uma força contínua como a proposta poderia replicar observações de movimentos estelares no universo.
Próximo passo, um “fóton escuro”
A equipe de Tanedo diz que planeja continuar expandindo sua teoria explorando um modelo de “fótons escuros”.
“É uma imagem mais realista de uma força obscura”, disse Tanedo. “Os fótons escuros foram estudados detalhadamente, mas nossa estrutura quadridimensional tem algumas surpresas. Também examinaremos a cosmologia das forças das trevas e a física dos buracos negros."
