Matéria escura é um tipo de matéria que tem gravidade, mas não emite, não reflete e não absorve luz. Ela não é vista por nenhum telescópio, e ninguém sabe do que é feita. Mesmo assim, os astrônomos têm certeza de que existe, porque a gravidade dela aparece em tudo o que medem: galáxias giram rápido demais, aglomerados de galáxias entortam a luz mais do que deveriam e o universo inteiro tem a forma que tem por causa dela. As contas dizem que há cinco vezes mais matéria escura do que matéria comum. Tudo o que você já viu, estrelas, planetas, pessoas, é a parte pequena. Este artigo explica como se descobre algo invisível, o que ela pode ser e o que ela não é.
Como se pesa o que não se vê
Imagine uma praça à noite, totalmente escura, e uma criança girando num carrossel. Você não enxerga o carrossel, mas vê a criança, iluminada por uma lanterna, dando voltas. Pela velocidade dela e pelo tamanho da volta, você calcula quanto o carrossel pesa, mesmo sem nunca vê-lo. É assim que a matéria escura é medida: pelo efeito da gravidade dela sobre o que brilha.
O primeiro a notar o problema foi o astrônomo suíço Fritz Zwicky, em 1933. Ele mediu a velocidade das galáxias dentro de um aglomerado, um grupo de centenas de galáxias presas pela gravidade, e viu que elas se moviam tão rápido que o aglomerado deveria ter se desfeito há muito tempo. A gravidade das galáxias visíveis não era suficiente para segurá-las. Alguma coisa invisível estava segurando, e era muita: Zwicky chamou de "matéria escura". Ninguém deu bola por 40 anos.
A descoberta de Vera Rubin
Na década de 1970, a astrônoma americana Vera Rubin mediu a velocidade com que as estrelas giram em torno do centro de galáxias como Andrômeda. A expectativa era simples: como no Sistema Solar, onde Mercúrio gira muito mais rápido que Netuno, as estrelas da borda deveriam ser mais lentas que as do centro, porque a maior parte da massa visível está no centro.
Não eram. As estrelas da borda giravam tão rápido quanto as do meio. Para isso acontecer, é preciso que exista massa espalhada por toda a galáxia e além dela, numa bolha enorme e invisível, o "halo". Rubin repetiu a medição em dezenas de galáxias, e todas mostravam a mesma coisa. Ou a gravidade não funciona como Newton e Einstein descreveram, ou existe muito mais matéria do que a que brilha. A maior parte dos físicos aposta na segunda opção, e o observatório que começou a funcionar no Chile em 2025 para mapear o céu inteiro leva o nome dela.
Na nossa galáxia é igual: a Via Láctea tem umas dez vezes mais massa do que o que se vê nela, e a maior parte está num halo que se estende muito além do disco de estrelas. Quando você olha a Via Láctea no céu, como mostra O que é a Via Láctea e como ver a nossa galáxia do Brasil, está vendo só a parte brilhante de algo bem maior.
A prova mais bonita: a luz entortada
A relatividade de Einstein prevê que massa entorta o caminho da luz. Um aglomerado de galáxias funciona como uma lente: a luz das galáxias que estão atrás dele é curvada e chega até nós esticada em arcos. Medindo o quanto a luz entortou, dá para calcular a massa do aglomerado sem precisar ver nada. A foto de capa deste artigo mostra isso: o aglomerado Abell 1689, com a massa calculada pelas lentes pintada em azul. A massa está onde as galáxias estão, mas há muito mais dela do que as galáxias explicam.
Em 2006 veio o caso mais famoso, o Aglomerado da Bala: dois aglomerados que se atravessaram numa colisão. O gás quente, que é a maior parte da matéria comum, ficou preso no meio, freado pelo choque. Mas a massa medida pelas lentes gravitacionais estava em outro lugar, mais à frente, junto com as galáxias, que atravessaram sem se frear. A matéria escura de cada aglomerado passou direto pela do outro, sem colidir, porque não interage com quase nada. Ficou separada do gás visível. É difícil explicar isso com qualquer teoria que não inclua matéria invisível.
Quanto existe: a conta do universo inteiro
A radiação cósmica de fundo, a luz mais antiga do universo, tem pequenas manchas de temperatura que funcionam como uma impressão digital do que o universo era aos 380 mil anos de idade. O padrão dessas manchas depende de quanto havia de cada ingrediente. Medido pelo satélite Planck, o resultado é este:
| Ingrediente | Fração do universo | O que é |
|---|---|---|
| Energia escura | 68% | O que acelera a expansão do universo; ainda menos entendida |
| Matéria escura | 27% | Matéria com gravidade que não interage com a luz |
| Matéria comum | 5% | Tudo o que é feito de átomos: estrelas, planetas, gás, você |
Ou seja: 95% do universo é de coisas que não sabemos o que são. Vale separar as duas. Matéria escura puxa, como a gravidade normal, e ajuda a juntar galáxias. Energia escura empurra, esticando o espaço. Têm nomes parecidos porque as duas são "escuras", isto é, desconhecidas, mas fazem o oposto. A origem dessa conta está em O que é o Big Bang? A explicação simples, sem fórmula.
Do que ela pode ser feita
Aqui a resposta honesta é: não se sabe. O que se sabe é o que ela não é.
Não são planetas, estrelas apagadas ou buracos negros comuns: objetos assim já foram procurados pelo efeito de lente que fariam ao passar na frente de estrelas, e não há em quantidade suficiente. Não é gás ou poeira: gás quente brilha em raios X, e poeira absorve luz; os dois são vistos e contados. Não é feita de átomos normais em nenhuma forma, porque a quantidade de átomos no universo é fixada pela química dos primeiros minutos após o Big Bang, e dá só os 5%.
Sobram partículas novas, de um tipo que a física ainda não conhece. A candidata mais estudada por décadas foi uma partícula pesada que só interage pela gravidade e por uma força fraca, apelidada de WIMP. Laboratórios enterrados em minas, para bloquear a radiação de fora, esperam há anos que uma dessas partículas bata num átomo de um tanque de xenônio líquido. Até 2026, silêncio. Outra candidata é o áxion, uma partícula leve demais para ser detectada assim, procurada com campos magnéticos e antenas. Também nada, por enquanto.
Se a matéria escura for feita de partículas, elas estão passando por você agora. Pelas estimativas, bilhões delas atravessam o seu corpo a cada segundo, sem tocar em nada, como se você fosse feito de vidro. É por isso que são tão difíceis de pegar.
E se a gravidade é que estiver errada?
Uma minoria de físicos defende que não existe matéria escura: a gravidade é que funcionaria diferente em distâncias enormes e acelerações muito pequenas. A versão mais conhecida dessa ideia se chama MOND e explica bem a rotação das galáxias, sem precisar de nada invisível.
O problema é que ela explica mal o resto: o Aglomerado da Bala, as lentes gravitacionais e as manchas da radiação de fundo. Cada uma dessas medidas aponta para uma quantidade parecida de massa faltando, e uma teoria da gravidade alternativa teria de acertar todas ao mesmo tempo. Nenhuma conseguiu até agora. A ciência não fechou a porta, mas a aposta majoritária continua na matéria invisível.
Por que isso importa
Sem matéria escura, não existiríamos. Nos primeiros bilhões de anos do universo, foi a gravidade dela que juntou o gás em aglomerados grandes o suficiente para formar as galáxias. A matéria comum, sozinha, estava quente e espalhada demais; ela caiu nos "poços" que a matéria escura já tinha cavado. A Via Láctea, o Sol e a Terra nasceram dentro de um desses poços. As simulações de computador que reproduzem o universo em grande escala, com filamentos e vazios, só funcionam com ela.
Nas próximas décadas, três coisas podem mudar o jogo: o Observatório Vera Rubin, que vai mapear bilhões de galáxias e medir as lentes gravitacionais com precisão inédita; os detectores subterrâneos de nova geração; e o telescópio James Webb, que já está refinando os mapas de massa, como na imagem deste artigo, e cujas outras descobertas estão em As descobertas mais impressionantes do telescópio James Webb. Descobrir do que a matéria escura é feita é, hoje, um dos maiores prêmios da física. Enquanto isso, a resposta certa para "o que é matéria escura?" continua sendo a mais honesta: a maior parte da matéria do universo, e não sabemos o que é.
