Matéria escura e o destino do universo

Quando os astrônomos Margaret Geller e Emilio E. Falco delinearam as posições das galáxias e dos aglomerados galácticos no universo, ficou claro que esses objetos não foram distribuídos aleatoriamente. Ao contrário, foram agrupados em longos filamentos (paredes) intercalados com espaços vazios (lacunas), dando, assim, ao universo uma estrutura semelhante à teia de aranha. Como essa estrutura se formou? O que a mantém unida?

NASA/Equipe de ciência da WMAP De acordo com essa linha do tempo, a expansão do universo está acelerando

A teoria do Big Bang sobre a formação do universo afirma que o universo primitivo passou por uma enorme expansão e que ainda hoje está se expandindo. A única explicação para esse tipo de estrutura é que a gravidade está fazendo algumas dessas galáxias se agruparem em paredes ou filamentos. Para a gravidade unir essas galáxias, deve haver uma quantidade bem grande de massa deixada pelo Big Bang, particularmente massa invisível (ou seja, a matéria escura). Na verdade, as simulações de um supercomputador (em inglês) da formação do universo mostram que podem se formar galáxias, aglomerados galácticos e estruturas maiores, ao longo do tempo, a partir de agregações da matéria escura no universo primitivo. Assim, a matéria escura pode ser uma "cola" importante que mantém junta essa estrutura universal. Uma pergunta para pesquisas futuras é se a matéria escura preenche todo o universo, inclusive as paredes galácticas.

Além de dar estrutura ao universo, a matéria escura pode ter um papel importante no seu destino. O universo está expandindo, mas ele sempre expandirá? A gravidade determinará basicamente o destino da expansão, e a gravidade depende da massa do universo; especificamente, existe uma densidade crítica de massa no universo de 10^-29g/cm³ (equivalente a alguns átomos de hidrogênio em uma cabine telefônica) que determina o que pode ter acontecido.

• Universo fechado - se a densidade real de massa for maior que a densidade crítica de massa, o universo se expandirá, ficará mais lento, parará e colapsará sobre si mesmo em um "Big Crunch".
  
  
• Universo crítico ou plano - se a densidade real de massa for igual à densidade crítica de massa, o universo sempre se expandirá, mas a taxa de expansão ficará cada vez mais lenta à medida que o tempo passar. Qualquer coisa no universo, conseqüentemente, no futuro esfriará.
  
  
• Universo de expansão constante ou aberto - se a densidade real de massa for menor que a densidade crítica de massa, o universo continuará expandindo e a taxa de expansão não mudará.
  

As medidas de densidade de massa devem incluir a luz e a matéria escura. Assim, é importante saber a quantidade de matéria escura que existe no universo.

As observações recentes dos deslocamentos de supernovas distantes sugerem que a taxa de expansão do universo realmente está aumentando. Isso abre uma quarta possibilidade, um universo em aceleração, em que todas as galáxias se afastarão umas das outras com uma certa rapidez, e o universo ficará frio e escuro (mais rápido que no universo aberto, mas ainda em cerca de dezenas de bilhões de anos). Não se sabe ainda o que provoca essa aceleração, mas ela foi chamada de energia escura. A energia escura é ainda mais misteriosa que a matéria escura; entretanto, deve haver uma grande quantidade dela que seja responsável pela aceleração do universo.

Pesquisas atuais nos centros de cosmologia tratam sobre a solução dessas questões:

• Qual é a natureza da matéria escura?
• Qual a quantidade exata que existe de matéria escura?
• Qual é a distribuição exata da matéria escura no universo?
• O que é energia escura?

As respostas a essas perguntas nos farão entender melhor as origens, estrutura e destino do universo.