Matéria escura: o que é e por que ninguém nunca a viu

A matéria escura pode ter deixado seu primeiro sinal direto em um detector, mas o resultado ainda não é uma descoberta confirmada. Pesquisadores do experimento LUX-ZEPLIN (LZ), instalado a quase 1,5 km de profundidade na Dakota do Sul, nos Estados Unidos, identificaram um evento de interação de partículas que pode ser causado por ela. A própria equipe ressalta que o achado não atingiu o rigor estatístico exigido para uma confirmação e que o trabalho ainda está em pré-publicação, aguardando a revisão de outros cientistas.

O que é matéria escura

Matéria escura é o nome dado a uma forma de matéria que não emite, não absorve e não reflete luz. Por isso ela é invisível para telescópios, sejam eles ópticos, de rádio ou de raios X. Mesmo assim, estima-se que ela corresponda a cerca de 27% do universo, muito mais do que a matéria comum, aquela que forma estrelas, planetas e pessoas.

A matéria comum, feita de átomos, representa apenas uma pequena fração do cosmos, em torno de 5%. O restante é atribuído à chamada energia escura, um fenômeno diferente, ligado à expansão acelerada do universo. Ou seja, quase tudo o que existe é feito de coisas que a ciência ainda não consegue observar diretamente.

Os cientistas costumam descrever a matéria escura como a "cola" do universo. Sua gravidade ajuda a manter as galáxias e os aglomerados de galáxias unidos, e ela teve papel importante na formação das grandes estruturas que vemos hoje.

Como sabemos que ela existe sem nunca tê-la visto

A matéria escura nunca foi vista, mas seus efeitos aparecem por toda parte. Nos anos 1930, o astrônomo Fritz Zwicky notou que as galáxias de um aglomerado se moviam rápido demais para serem mantidas juntas apenas pela matéria visível. Algo invisível precisava estar fornecendo gravidade extra.

Décadas depois, a astrônoma Vera Rubin mediu a velocidade das estrelas em galáxias espirais. Pela física conhecida, as estrelas mais distantes do centro deveriam girar mais devagar. Não é o que acontece: elas giram quase tão rápido quanto as mais próximas. Sem uma grande quantidade de massa invisível, essas galáxias simplesmente se desfariam.

Outras pistas reforçam a ideia. A luz de galáxias distantes é desviada ao passar perto de grandes concentrações de massa, um efeito chamado lente gravitacional, e esse desvio é maior do que a matéria visível explicaria. A radiação que sobrou do início do universo também carrega a marca dessa matéria. É como perceber o vento pelo movimento das folhas, sem nunca vê-lo.

Como funciona um detector enterrado a 1,5 km

O LZ fica na Instalação de Pesquisa Subterrânea de Sanford, montada em uma antiga mina de ouro. A profundidade é essencial. Na superfície, a Terra é atingida o tempo todo por raios cósmicos, partículas vindas do espaço que poderiam gerar sinais falsos no detector. A rocha acima funciona como um escudo que bloqueia a maior parte dessa interferência.

O coração do experimento é um grande tanque com várias toneladas de xenônio líquido, um gás nobre resfriado até virar líquido. A ideia é que, de vez em quando, uma partícula de matéria escura atravesse o tanque e esbarre no núcleo de um átomo de xenônio. Esse choque produziria um pequeno flash de luz e liberaria elétrons, captados por sensores muito sensíveis instalados ao redor do tanque.

O detector ainda é cercado por camadas de proteção e por sistemas que identificam partículas comuns, para separar o que é ruído do que pode ser um sinal real. Mesmo assim, a busca é extremamente difícil, porque a matéria escura quase nunca interage com a matéria comum.

O que o LZ encontrou e por que ainda não é descoberta

A análise usou dados coletados entre março de 2023 e abril de 2024 e teve como foco as WIMPs, sigla em inglês para partículas massivas de interação fraca. Elas são uma das principais candidatas a explicar a matéria escura. Nesse período, os pesquisadores identificaram um evento que pode representar o primeiro indício direto da existência dessas partículas.

Na física, porém, um único evento promissor não basta. Para anunciar uma descoberta, os cientistas precisam mostrar que a chance de o sinal ser apenas uma flutuação aleatória é extremamente pequena, segundo critérios estatísticos rigorosos. O resultado do LZ ainda não atingiu esse limiar. Por isso ele foi divulgado em pré-publicação, para que outros grupos analisem os dados e verifiquem se a interpretação se sustenta.

A colaboração do LZ reúne cerca de 250 cientistas de 39 instituições em seis países. Novos dados e a revisão da comunidade internacional vão dizer se o sinal se confirma ou se terá outra explicação.

Por que a busca importa

Descobrir do que é feita a matéria escura seria um dos maiores avanços da física moderna. Ela não se encaixa em nenhuma das partículas já conhecidas, o que significa que encontrá-la abriria uma nova área do conhecimento. Entender sua distribuição também ajudaria a contar com mais precisão a história de como o universo se formou e evoluiu.

Perguntas frequentes

A matéria escura foi descoberta?

Não. O detector LZ registrou um evento que pode ser um indício direto de matéria escura, mas o resultado ainda não tem o rigor estatístico necessário para ser considerado uma descoberta e aguarda revisão.

Quanto do universo é matéria escura?

Estima-se que a matéria escura represente cerca de 27% do universo, enquanto a matéria comum fica em torno de 5%.

Por que o detector fica tão fundo?

A quase 1,5 km de profundidade, a rocha bloqueia a maior parte dos raios cósmicos, que poderiam gerar sinais falsos e confundir a medição.

O que são WIMPs?

São partículas massivas de interação fraca, uma das principais candidatas a compor a matéria escura. Elas teriam massa, mas quase não interagiriam com a matéria comum.